ОДМ 218.2.065-2015. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по увеличению межремонтных сроков службы нежестких дорожных одежд
(принят и введен в действие на основании Распоряжения Росавтодора от 27.01.2016 № 111-р)
Примечание
Документ рекомендован к применению с 27 января 2016 года Распоряжением Росавтодора 27.01.2016 № 111-р.
Принят и введен в действие на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 27 января 2016 г. № 111-р
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ МЕЖРЕМОНТНЫХ СРОКОВ СЛУЖБЫ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным автономным учреждением «Российский дорожный научно-исследовательский институт» (ФАУ «РОСДОРНИИ») Министерства транспорта Российской Федерации (к.т.н. А.Е. Мерзликин, д.т.н. В.В. Мозговой, к.т.н. И.И. Капанадзе, инж. Г.М. Дарьина)
2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства
3 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ на основании распоряжения Федерального дорожного агентства (Росавтодор) от 27.01.2016 г. № 111-р
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР
1. Область применения
Настоящий ОДМ устанавливает рекомендации по проектированию вновь сооружаемых и новых участков реконструируемых автомобильных дорог, капитального ремонта существующих дорожных одежд. В рекомендациях особое внимание уделено участкам автомобильных дорог, на которых имеется риск заторов при заниженной пропускной способности или на которых транспортные средства систематически замедляют движение и останавливаются.
2. Нормативные ссылки
В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:
ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 32826-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования
ГОСТ 33063-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов
СП 34.13330.2012 Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*
3. Термины и определения
В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 уровень (коэффициент) загрузки движением: Отношение фактической интенсивности движения по автомобильной дороге, приведенной к легковому автомобилю, к пропускной способности за заданный промежуток времени.
3.2 дорожная конструкция: Система, включающая дорожную одежду и рабочий слой земляного полотна.
4. Основные положения
4.1 При проектировании дорожных одежд с увеличенным межремонтным сроком службы рекомендуется соблюдать все основные принципы и правила ОДН 218.046-01 [1], а также положения настоящих рекомендаций.
4.2 Методические рекомендации направлены на увеличение межремонтных сроков службы автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием за счет более совершенного проектирования дорожных одежд нежесткого типа. Более совершенное проектирование дорожных одежд состоит в уточнении правил конструирования и методики их расчета. При этом учитывается многократное воздействие кратковременных и статических нагрузок.
4.3 Задачей расчета дорожной одежды с асфальтобетонными слоями повышенной долговечности является определение необходимой толщины ее слоев в намеченных вариантах конструкции или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.
4.4 Расчет прочности слоев асфальтобетонного покрытия выполняют по допускаемым напряжениям на растяжение при изгибе. При этом рассматриваются дорожные одежды, для которых обеспечено выполнение критерия предельного состояния при расчете прочности на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу и в грунте земляного полотна.
4.5 Асфальтобетонное покрытие проезжей части дорог рекомендуется рассчитывать на многократное действие кратковременных и статических нагрузок.
4.6 В зависимости от уровня загрузки движением [2] и риска заторов при заниженной пропускной способности автомобильной дороги, а также с учетом вынужденных остановок транспортных средств, время действия нагрузки для расчетов рекомендуется принимать в соответствии с таблицей 1.
Расчетные длительности и кратность приложения нагрузки при расчете одежды участков автомобильной дороги
4.7 Асфальтобетонные покрытия рекомендуется рассчитывать на многократное действие кратковременных и статических осевых нагрузок при значении расчетного диаметра отпечатка шины в соответствии с таблицей 2.
Значения расчетного диаметра отпечатка колеса
| Нормативная статическая осевая нагрузка, кН | Расчетный диаметр отпечатка колеса, см, при длительности действия нагрузки, с | |||
| 0,1 | 1 | 10 | 600 | |
| 100 | 37 | 35 | 33 | 33 |
| 115 | 39 | 36 | 34 | 34 |
4.8 При использовании данных методических рекомендаций целесообразно использовать принцип вариантного конструирования дорожных одежд с применениям компьютерной вычислительной техники для автоматизации процесса выбора рационального варианта.
5. Конструирование дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности
5.1 Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции на прочность, морозоустойчивость и осушение с технико-экономическим обоснованием вариантов с целью выбора наиболее экономичного в данных условиях.
5.2 Процедура конструирования дорожной одежды включает:
- назначение количества конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочных толщин;
- предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;
- предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;
- оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;
- предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.
5.3 При конструировании дорожной одежды рекомендуется руководствоваться следующими принципами:
- конструкция одежды может быть принята типовой или разработана индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунт рабочего слоя земляного полотна, условия его увлажнения, климат, обеспеченность местными дорожно-строительными материалами и др.) с одинаковыми расчетными нагрузками; при выборе конструкции одежды для данных условий предпочтение рекомендуется отдавать проверенной на практике в данных условиях типовой конструкции;
- в районах, недостаточно обеспеченных прочными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.); одновременно рекомендуется стремиться к созданию наименее материалоемкой конструкции;
- конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов; для достижения этой цели число слоев и видов материалов в конструкции должны быть минимальными;
- при конструировании необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология и др.).
5.4 При назначении материалов для различных вариантов дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием рекомендуется руководствоваться положениями действующих стандартов и норм на дорожно-строительные материалы и изделия и нормами проектирования автомобильных дорог.
5.5 При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды рекомендуется учитывать следующие положения.
Покрытие и верхние слои основания должны соответствовать проектным воздействующим нагрузкам и быть водо-, морозо- и термоустойчивыми.
В районах с климатом, близким к морскому, при количестве осадков 500 мм/год рекомендуется применять высокоплотный асфальтобетон либо плотный асфальтобетон, имеющий показатель пористости (водонасыщения), соответствующий нижнему допустимому пределу.
В районах с сухим климатом (среднегодовое количество осадков менее 400 мм/год) рекомендуется назначать плотный асфальтобетон с показателем пористости (водонасыщения) по верхнему допускаемому пределу.
При перспективной интенсивности движения в физических единицах до 3000 авт./сут. и при стадийном строительстве могут быть назначены покрытия из пористого асфальтобетона с поверхностной обработкой или из высокопористого асфальтобетона с двойной поверхностной обработкой.
Дорожные одежды в местах остановок общественного транспорта, на регулируемых пересечениях и в других местах изменения скорости или движения на пониженных скоростях рекомендуется обеспечить повышенную сдвигоустойчивость при высоких летних температурах.
Для обеспечения этого требования в покрытии предусматривают применение асфальтобетонных смесей типа А и Б, высокоплотных смесей, а в основании — крупнозернистых асфальтобетонных смесей либо каменных материалов, укрепленных цементом.
Минимальную конструктивную толщину верхнего слоя асфальтобетонного покрытия назначают по нормам действующего Свода правил, а толщину нижнего слоя покрытия и слоев асфальтобетонного основания определяют расчетами на прочность, в соответствии с настоящими рекомендациями.
Общая толщина асфальтобетонных слоев повышенной сдвигоустойчивости (покрытие с основанием из крупнозернистого асфальтобетона) рекомендуется не менее 12 см.
При выборе марки и типа асфальтобетона для верхних слоев дорожной одежды, в зависимости от климатических условий и категорий дорог, рекомендуется учитывать положения ГОСТ 9128-2013 и таблицы 3.
Область применения асфальтобетонов при устройстве верхних слоев покрытий автомобильных дорог
В нижнем слое асфальтобетонного покрытия и асфальтобетонных слоях основания предпочтение следует отдавать составам асфальтобетона, имеющим повышенную устойчивость к циклическим нагрузкам.
При выборе вида материала для устройства основания следует отдавать преимущество материалам на основе минеральных вяжущих, при этом следует ориентироваться на имеющийся в регионе опыт строительства и эксплуатации дорог, а также характеристики этих материалов должны удовлетворять требованиям действующих нормативных документов. В районах, недостаточно обеспеченных прочными каменными материалами, целесообразно широко применять местные каменные материалы (в том числе малопрочные и некондиционные) и грунты, обработанные минеральным вяжущим (цемент, известь, активные золы уноса и др.), а также отходы промышленности (шлаки металлургической промышленности, золошлаковые смеси и др.).
Основание из зернистых материалов рекомендуется выполнять двухслойным: несущий слой из жестких и сдвигоустойчивых материалов (щебень, гравий, щебеночно- или гравийно-песчаные смеси, материалы и грунты, обработанные минеральным вяжущим) и дополнительный слой, выполняющий морозозащитные и дренирующие функции.
5.6 Если в дополнительном слое основания применяют однородный песок со степенью неоднородности гранулометрического состава менее 3, поверх него рекомендуется укладывать слой из щебеночно- или гравийно-песчаных смесей, отсевов дробления изверженных пород, гравелистых или крупных песков оптимального состава, а также из цементопеска. При степени неоднородности гранулометрического состава песка от 2 до 3 толщину такого слоя рекомендуется принимать равной 10 см, при степени неоднородности гранулометрического состава менее 2 — 15 — 20 см. В расчетах прочности дорожной одежды толщину защитного слоя включают в толщину дополнительного слоя основания. При устройстве защитного слоя можно применять геотекстиль.
5.7 В случае использования в основании местных малопрочных каменных материалов (щебень с маркой по прочности не ниже 200; гравий и щебень из гравия по дробимости не ниже Др 24; песчано-гравийные смеси; гравелистые пески и другие светоустойчивые материалы с модулем упругости менее 250 МПа) рекомендуется предусматривать несущий слой основания из прочного щебня либо из обработанных минеральными вяжущими материалов с минимальной конструктивной толщиной, предусматриваемой Сводом правил. При этом толщину нижнего слоя основания из малопрочного материала обосновывают расчетом.
5.8 Расположение неукрепленных зернистых материалов между слоями из материалов или грунтов, обработанных вяжущими, не рекомендуется.
Дополнительные слои основания совместно с верхними слоями и покрытием должны обеспечивать необходимую прочность конструкции, морозоустойчивость, а также дренирующую способность. Нижние слои основания, особенно из зернистых материалов, рекомендуется устраивать из сдвигоустойчивых материалов.
На магистральных дорогах с тяжелым и скоростным движением основания рекомендуется устраивать преимущественно из материалов, обработанных минеральным вяжущим.
5.9 Толщину слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на верхний слой основания из материалов, обработанных цементом, для ограничения появления «отраженных» трещин на покрытии рекомендуется принимать, как правило, не менее толщины слоев, обработанных цементом. При этом минимальная толщина слоев с органическими вяжущими должна соответствовать данным таблицы 4.
Толщина слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее
| Тип дорожной одежды | Капитальные | Облегченные |
|---|---|---|
| Наименьшая толщина слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, см | 18 | 12 |
В случае применения материалов, обработанных комплексными вяжущими, а также медленно твердеющими гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть снижена на 20%, а в условиях жарких и сухих районов IV — V дорожно-климатических зон — на 30%.
Для повышения долговечности покрытия могут быть предусмотрены специальные трещинопрерывающие прослойки, в том числе на основе геосеток, использование модифицированных вяжущих в материале покрытия и другие специальные решения.
5.10 Толщину отдельного слоя предварительно назначают в диапазоне от минимальной конструктивной толщины, регламентируемой действующими нормативными документами, до практически принятых значений (например, в типовых проектах) для данного региона.
Общую толщину дорожной одежды и толщины отдельных конструктивных слоев окончательно назначают по расчету на прочность, морозоустойчивость и осушение в соответствии с ОДН 218.046-01.
В дорожной одежде рекомендуется предусматривать возможно меньшее число слоев из разных материалов (2 — 4 без учета дополнительных слоев).
5.11 В районах и на участках с неблагоприятными погодно-климатическими и грунтово-гидрологическими условиями для ограничения миграции влаги из нижних слоев земляного полотна в верхние рекомендуется предусматривать мероприятия по искусственному регулированию водно-теплового режима, проектируемые в соответствии с действующими нормативными документами и специальными документами в их развитие.
5.12 Несущий слой основания капитальных дорожных одежд рекомендуется устраивать из прочных материалов (из пористого асфальтобетона, щебеночных смесей, обработанных битумной эмульсией, фракционированного щебня, обработанного вязким битумом по способу пропитки, а также из фракционированного щебня, уложенного по принципу расклинки мелким щебнем или гранулированным активным шлаком, укрепленного по методу пропитки цементно-песчаной смесью и т.п.).
На дорогах, предназначенных для движения автомобилей грузоподъемностью 8 и более тонн, при устройстве покрытий толщиной 3 — 5 см, верхняя часть несущего основания рекомендуется предусматривать из асфальтобетона.
Для устройства нижней части несущего основания в зависимости от расчетных условий движения могут применяться монолитные (грунты, обработанные цементом, и каменные материалы), а также зернистые материалы, отвечающие требованиям действующих нормативных документов.
В дорожных одеждах, на дорогах с тяжелым и интенсивным движением на контакте слоев из крупнозернистых или гравийных материалов с песчаными слоями основания или с грунтом земляного полотна рекомендуется предусматривать устройство разделяющих прослоек из геотекстиля в целях предотвращения взаимопроникновения материалов смежных слоев и снижения в связи с этим долговечности конструкции.
5.13 Дорожные одежды облегченного типа с усовершенствованными покрытиями из асфальтобетона целесообразно применять на дорогах III, IV категорий, а также при стадийном строительстве дорожных одежд на дорогах II категории.
5.14 Предварительно толщину покрытия из асфальтобетона облегченных дорожных одежд рекомендуется назначать равной 4 — 6 см, а при использовании других материалов, указанных в п. 2.17 действующего ОДН 218.046-01 [1], равной 6 — 8 см. Окончательно толщину покрытия устанавливают расчетом.
5.15 Несущие основания для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием рекомендуется предусматривать из монолитных или зернистых материалов.
На дорогах III и IV категорий целесообразно устраивать основание из гравийного пористого асфальтобетона, гравийно-песчаных смесей, обработанных эмульсией и другими органическими вяжущими, различных материалов и грунтов, а также побочных продуктов промышленности, обработанных минеральными или комплексными вяжущими, щебеночных и щебеночно-гравийных смесей.
6. Расчет асфальтобетонных покрытий повышенной долговечности
6.1 В задачу расчета входит определение толщин слоев вариантов одежды, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.
6.2 Требуемый уровень проектной надежности и срок службы автомобильной дороги с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности в каждом конкретном случае должен быть указан при выдаче задания на проектирование. При этом расчетный срок службы Заказчик может устанавливать максимальный из диапазона, который рекомендован в таблице П.6.2 ОДН 218.046-01 [1].
6.3 Расчетные значения прочностных характеристик (сдвиговые характеристики и прочность на растяжение при изгибе) конструктивных слоев рекомендуется определять через нормативные значения этих характеристик, используя зависимость (1):
M_{\text{р}} = \overline{M_{\text{р}}}(1 - \nu_{t}t) , (1)
где Mр — расчетное значение прочностной характеристики;
\overline{M_{\text{р}}} — нормативное значение этой характеристики;
t — коэффициент нормированного отклонения Mр при допустимом уровне надежности;
\nu_{t} — коэффициент вариации характеристики.
В качестве расчетных значений деформационных характеристик (модулей упругости) материалов конструктивных слоев рекомендуется принимать их нормативные значения. Расчетные характеристики дорожно-строительных материалов и грунта земляного полотна при выполнении расчетов по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе асфальтобетонного покрытия рекомендуется назначать с учетом соответствующих длительностей действия нагрузки в зависимости от условий движения (таблица 1). Характеристики асфальтобетонов приведены в таблице 5. Характеристики дорожно-строительных материалов и грунта земляного полотна при длительности действия нагрузки 0,1 с устанавливают на основании табличных данных, приведенных в ОДН 218.046-01 [1]. Для установления их значения при других длительностях действия нагрузки (таблица 1) рекомендуется значения характеристик из таблиц ОДН 218.046-01 [1] умножить на коэффициенты, приведенные в таблицах 6 - 13.
Характеристики асфальтобетонов при расчете на растяжение при изгибе
| Марка битума | Расчетные значения модуля упругости E, МПа, при длительности действия нагрузки tн, сек | m | \alpha | Нормативные значения сопротивления растяжению при изгибе Rо, МПа, при длительности действия нагрузки tн, с | ||||||
| 0,1 | 1,0 | 10,0 | 600,0 | 0,1 | 1,0 | 10,0 | 600,0 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Высокоплотный асфальтобетон | ||||||||||
| 40/60 | 8600 | 5000 | 2900 | 1100 | 6,0 | 5,0/5,6 <*> | 10 | 6,81 | 4,64 | 2,35 |
| 60/90 | 6000 | 4000 | 2500 | 1100 | 5,5 | 5,2/5,9 | 9,8 | 6,45 | 4,24 | 2,02 |
| 90/130 | 4600 | 3300 | 2350 | 1350 | 5,0 | 5,4/6,3 | 9,5 | 5,99 | 3,78 | 1,67 |
| 130/200 | 3500 | 2690 | 2200 | 1500 | 4,5 | 5,8/6,8 | 9,3 | 5,58 | 3,34 | 1,35 |
| 200/300 | 2500 | 2200 | 1900 | 1500 | 4,3 | 5,9/7,1 | 9 | 5,27 | 3,08 | 1,19 |
| Плотный асфальтобетон | ||||||||||
| 40/60 | 6000 | 3160 | 1900 | 780 | 6,0 | 5,0/5,6 | 10 | 6,81 | 4,64 | 2,35 |
| 60/90 | 4500 | 2880 | 1800 | 830 | 5,5 | 5,2/5,9 | 9,8 | 6,45 | 4,24 | 2,02 |
| 90/130 | 3600 | 2510 | 1780 | 1000 | 5,0 | 5,4/6,3 | 9,5 | 5,99 | 3,78 | 1,67 |
| 130/200 | 2600 | 2000 | 1600 | 1070 | 4,5 | 5,8/6,8 | 9,3 | 5,58 | 3,34 | 1,35 |
| 200/300 | 2000 | 1120 | 1500 | 1120 | 4,3 | 5,9/7,1 | 9 | 5,27 | 3,08 | 1,19 |
| Пористый асфальтобетон | ||||||||||
| 40/60 | 3600 | 2240 | 1400 | 600 | 4,5 | 5,8/6,8 | 8,3 | 4,98 | 2,98 | 1,20 |
| 60/90 | 2800 | 1860 | 1250 | 650 | 4,3 | 5,9/7,1 | 8 | 4,68 | 2,74 | 1,06 |
| 90/130 | 2200 | 1740 | 1250 | 790 | 4,0 | 6,3/7,6 | 7,8 | 4,39 | 2,47 | 0,89 |
| 130/200 | 1800 | 1480 | 1230 | 870 | 3,75 | 6,6/8,2 | 7,6 | 4,11 | 2,23 | 0,75 |
| 200/300 | 1400 | 1260 | 1120 | 910 | 3,7 | 6,7/8,2 | 7,1 | 3,81 | 2,05 | 0,68 |
| Высокопористый асфальтобетон | ||||||||||
| 40/60 | 3000 | 1900 | 1180 | 510 | 4,3 | 5,9/7,1 | 5,5 | 3,22 | 1,88 | 0,73 |
| 60/90 | 2100 | 1510 | 1050 | 510 | 4,0 | 6,3/7,6 | 5,65 | 3,18 | 1,79 | 0,64 |
| 90/130 | 1700 | 1260 | 950 | 600 | 3,8 | 6,5/7,9 | 5,5 | 3,00 | 1,64 | 0,56 |
| <*> В числителе — для II дорожно-климатической зоны, в знаменателе — для III — V дорожно-климатических зон. <**> Для песчаного асфальтобетона. | ||||||||||
Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных органическими и комплексными вяжущими
Конструктивные слои из черного щебня
Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами, соответствующих ГОСТ 23558-94
Конструктивные слои из активных материалов (шлаки, шламы, фосфогипс и др.)
Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных, соответствующих ГОСТ 25607-2009 и ГОСТ 32826-2014
| Материал слоя | Нормативные значения модуля упругости, E, МПа | Коэффициент для пересчета значения модуля упругости, E, МПа, при времени действия нагрузки tн, с | |||
| 1 | 10 | 600 | |||
| Щебеночные/гравийные смеси (С) для покрытий: | |||||
| - непрерывная гранулометрия (ГОСТ 25607-2009) при максимальном размере зерен: | |||||
| С1 - 40 мм | 300/280 | 0,98 | 0,93 | 0,92 | |
| С2 - 20 мм | 290/265 | ||||
| Щебеночные/гравийные смеси для оснований: | |||||
| - непрерывная гранулометрия: | С3 — 80 мм | 280/240 | 0,98 | 0,93 | |
| С4 — 80 мм | 275/230 | ||||
| С5 — 40 мм | 260/220 | ||||
| С6 — 20 мм | 240/200 | ||||
| С7 — 20 мм | 260/180 | ||||
| Шлаковая щебеночно-песчаная смесь из неактивных и слабоактивных шлаков (ГОСТ 3344) | |||||
| С1 — 70 мм | 275 | 0,92 | |||
| С2 — 70 мм | 260 | ||||
| С4 — 40 мм | 250 | ||||
| С6 — 20 мм | 210 | ||||
Щебеночные основания, устраиваемые методом заклинки
Механические характеристики теплоизоляционных слоев
Коэффициенты для пересчета значения модуля упругости грунтов ГОСТ 33063-2014
Расчет дорожной одежды на участках автомобильных дорог с уровнем загрузки движением не более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с
6.4 При расчете дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на участках автомобильных дорог с уровнем загрузки движением не более 0,7 должно быть обеспечено условие (2):
\sigma_{r}^{0,1}< \frac{R_{N}^{0,1}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (2)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности;
R_{N}^{0,1} — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений, соответствующая длительности действия нагрузки 0,1 с, МПа;
\sigma_{r}^{0,1} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 0,1 с, МПа.
6.5 Расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле (3):
\sigma_{r}^{0,1} = \overline{\sigma_{r}^{0,1}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (3)
где \overline{\sigma_{r}^{0,1}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 0,1 с от единичной нагрузки, при расчетных диаметрах площадки (таблица 2), передающей нагрузку, определяемое по номограмме рисунка 1, МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01, МПа.
Рисунок 1 — Номограмма для определения растягивающего напряжения \sigma_{r} при изгибе в верхнем монолитном слое двухслойной системы
С целью определения растягивающего напряжения \overline{\sigma_{r}^{0,1}} устанавливаются модули упругости при длительности действия нагрузки 0,1 с: для асфальтобетона — по таблице 4, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1].
6.6 Прочность асфальтобетона при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле (4):
R_{N}^{0,1} = R_{0}^{0,1} \cdot k_{1} \cdot k_{2} \cdot (1 - \nu_{R} \cdot t) , (4)
где R00,1 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и однократном приложении нагрузки с длительностью 0,1 с, принимаемое по таблице 5, МПа;
k1 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01);
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1].
Значение коэффициентов, учитывающих снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов
| Материал расчетного слоя | k2 |
|---|---|
| Асфальтобетон высокоплотный | 1,0 |
| Асфальтобетон плотный | |
| I марки | 0,95 |
| II марки | 0,90 |
| III марки | 0,80 |
| Асфальтобетон пористый и высокопористый | 0,80 |
| Холодный асфальтобетон | 0,80 |
6.7 Коэффициент k1, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (5):
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} , (5)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1];
m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5.
Расчет дорожной одежды на участках автомобильных дорог с уровнем загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с
6.8 При расчете дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на участках автомобильных дорог с уровнем загрузки движением более 0,7 должно быть обеспечено условие (6):
\sigma_{r}^{1}< \frac{R_{N}^{1}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (6)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 3.1 ОДН 218.046-01) [1];
R_{N}^{1} — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений, соответствующая длительности действия нагрузки 1 с, МПа;
\sigma_{r}^{1} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 1 с, МПа.
6.9 Расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле (7):
\sigma_{r}^{1} = \overline{\sigma_{r}^{1}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (7)
где \overline{\sigma_{r}^{1}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 1 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1, МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
С целью определения растягивающего напряжения \overline{\sigma_{r}^{1}} устанавливаются модули упругости при длительности действия нагрузки 1 с: для асфальтобетона — по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и коэффициентов для пересчета значения модулей упругости согласно таблицам 6 - 13.
6.10 Прочность асфальтобетона при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле (8):
R_{N}^{1} = R_{0}^{1} \cdot k_{1} \cdot k_{2} \cdot (1 - \nu_{R} \cdot t) , (8)
где R01 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и однократном приложении нагрузки с длительностью 1 с, принимаемое по таблице 5, МПа;
k1 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1];
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1].
6.11 Коэффициент k1, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (9):
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} , (9)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1], ед;
m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого асфальтобетонного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5.
Расчет дорожной одежды на остановках и пересечениях автомобильных дорог с уровнем загрузки движением не более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с и 10 с
6.12 При расчете дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на остановках и пересечениях автомобильных дорог с уровнем загрузки движением не более 0,7 должно быть обеспечено условие (10):
\sigma_{r}^{0,1}< \frac{R_{N}^{0,1 + 10}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (10)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 3.1 ОДН 218.046-01) [1];
R_{N}^{0,1 + 10} — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 0,1 с и 10 с, МПа;
\sigma_{r}^{0,1} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 0,1 с, МПа.
6.13 Расчетное растягивающее напряжение \sigma_{r}^{0,1} определяют по формуле (11):
\sigma_{r}^{0,1} = \overline{\sigma_{r}^{0,1}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (11)
где \overline{\sigma_{r}^{0,1}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 0,1 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1, МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
С целью определения растягивающего напряжения \overline{\sigma_{r}^{0,1}} устанавливают модули упругости при длительности действия нагрузки 0,1 с: для асфальтобетона — по таблице 4, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1].
6.14 Прочность материала слоя R_{N}^{0,1 + 10} на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 0,1 с и 10 с определяют по формуле (12):
R_{N}^{0,1 + 10} = R_{\text{о}}^{0,1}k_{1}^{0,1 + 10}k_{2}(1 - \nu_{R} \cdot t) , (12)
где k10,1+10 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки при длительности действия как 0,1 с, так и 10 с;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1];
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1].
6.15 Коэффициент k0,1+101, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (13):
k_{1}^{0,1 + 10} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10}}} , (13)
где m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5;
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} — расчетное эквивалентное суммарное число приложений расчетной нагрузки как с длительностью действия 0,1 с, так и 10 с за срок службы асфальтобетонного покрытия, определяют по формуле (14), ед.:
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} = \delta_{10} \cdot \sum N_{\text{р}} \cdot \beta_{0,1 + 10} + (1 - \delta_{10}) \cdot \sum N_{\text{р}} , (14)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1], ед.;
\delta_{10} — доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых на остановках или у пересечений дорог в одном уровне (определяется на основе технико-экономических изысканий при определении интенсивности и состава движения);
\beta_{0,1 + 10} — коэффициент, отражающий влияние на усталостное разрушение расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 0,1 с и 10 с, определяемый по формуле (15):
\beta_{0,1 + 10} = (\frac{R_{0}^{0,1} \cdot \sigma_{r}^{10}}{R_{0}^{10} \cdot \sigma_{r}^{0,1}}) -^{\frac{1}{m}} , (15)
где Rо10 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и однократном приложении нагрузки с длительностью 10 с, принимаемое по таблице 5, МПа;
Rо0,1 — то же с длительностью 0,1 с, МПа;
\sigma_{r}^{10} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 10 с, МПа.
Расчетное растягивающее напряжение \sigma_{r}^{10} при длительности действия нагрузки 10 с определяют по формуле (16):
\sigma_{r}^{10} = \overline{\sigma_{r}^{10}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (16)
где \overline{\sigma_{r}^{10}} — растягивающее напряжение при длительности действия 10 с от единичной нагрузки, при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
Расчет дорожной одежды на остановках и пересечениях автомобильных дорог с уровнем загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с и 10 с
6.16 При расчете дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на остановках и пересечениях автомобильных дорог с уровнем загрузки движением более 0,7 должно быть обеспечено условие (17):
\sigma_{r}^{1,0}< \frac{R_{N}^{1,0 + 10}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (17)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 3.1 ОДН 218.046-01) [1];
RN1,0+10 — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 1,0 с и 10 с, МПа;
\sigma_{r}^{1,0} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 1,0 с, МПа.
6.17 Расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле (18):
\sigma_{r}^{1,0} = \overline{\sigma_{r}^{1,0}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (18)
где \overline{\sigma_{r}^{1,0}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 1 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
6.18 Прочность материала слоя RN1,0+10 на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 1 с и 10 с определяют по формуле (19):
R_{N}^{1,0 + 10} = R_{\text{о}}^{1,0} \cdot k_{1}^{1,0 + 10} \cdot k_{2} \cdot (1 - \nu_{R} \cdot t) , (19)
где k11,0+10 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении расчетных циклических нагрузок при длительности действия 1,0 с и 10 с;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1];
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1].
6.19 Коэффициент k1,0+101, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (20):
k_{1}^{1,0 + 10} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 10}}} , (20)
где m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5;
\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 10} — расчетное эквивалентное суммарное число приложений расчетной нагрузки как с длительностью действия 1,0 с, так и 10 с за срок службы асфальтобетонного покрытия, определяют по формуле (21), ед.:
\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 10} = \delta_{10} \cdot \sum N_{\text{р}} \cdot \beta_{1,0 + 10} + (1 - \delta_{10}) \sum N_{\text{р}} , (21)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы асфальтобетонного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1], ед.;
\delta_{10} — доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых на остановках или у пересечений дорог в одном уровне (определяется на основе технико-экономических изысканий при определении интенсивности и состава движения);
\beta_{1,0 + 10} — коэффициент, отражающий влияние на усталостное разрушение расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 10 с, определяемый по формуле (22):
\beta_{1,0 + 10} = (\frac{R_{0}^{1,0} \cdot \sigma_{r}^{10}}{R_{0}^{10} \cdot \sigma_{r}^{1,0}}) -^{\frac{1}{m}} , (22)
где Rо10 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и однократном приложении нагрузки с длительностью 10 с, принимаемое по таблице 5, МПа;
Rо1 — то же с длительностью 1,0 с, МПа;
\sigma_{r}^{10} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 10 с, определяемое по формуле (23):
\sigma_{r}^{10} = \overline{\sigma_{r}^{10}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (23)
где \overline{\sigma_{r}^{10}} — растягивающее напряжение при длительности действия 10 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
Расчет дорожной одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением не более 0,7 и при длительности действия нагрузок 0,1 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями
6.20 При расчете дорожной одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением не более 0,7 и при длительности действия нагрузок 0,1 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями должно быть обеспечено условие (24):
\sigma_{r}^{0,1}< \frac{R_{N}^{0,1 + 600}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (24)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 3.1 ОДН 218.046-01) [1];
RN0,1+600 — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 0,1 с и 600 с, МПа;
\sigma_{r}^{0,1} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 0,1 с, МПа.
6.21 Расчетное растягивающее напряжение \sigma_{r}^{0,1} определяют по формуле (25):
\sigma_{r}^{0,1} = \overline{\sigma_{r}^{0,1}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (25)
где \overline{\sigma_{r}^{0,1}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 0,1 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
6.22 Прочность материала слоя RN0,1+600 на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 0,1 с и 600 с определяют по формуле (26):
R_{N}^{0,1} = R_{\text{о}}^{0,1}k_{1}^{0,1 + 600}k_{2}(1 - \nu_{R} \cdot t) , (26)
где k10,1+600 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1];
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01) [1].
6.23 Коэффициент k10,1+600, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (27):
k_{1}^{0,1 + 600} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 600}}} , (27)
где m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5;
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 600} — расчетное эквивалентное суммарное число приложений расчетной нагрузки как с длительностью действия 0,1 с, так и 600 с за срок службы асфальтобетонного покрытия, определяют по формуле (28), ед.:
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 600} = \delta_{600} \cdot \sum N_{\text{р}} \cdot \beta_{0,1 + 600} + (1 - \delta_{600}) \sum N_{\text{р}} , (28)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1], ед.;
\delta_{600} — доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у железнодорожных переездов (определяется на основе технико-экономических изысканий при определении интенсивности и состава движения);
\beta_{0,1 + 600} — коэффициент, отражающий влияние на усталостное разрушение расчетной нагрузки с длительностью действия 600 с, определяемый по формуле (29):
\beta_{0,1 + 600} = (\frac{R_{0}^{0,1} \cdot \sigma_{r}^{600}}{R_{0}^{600} \cdot \sigma_{r}^{0,1}}) -^{\frac{1}{m}} , (29)
где Rо600 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и при однократном приложении нагрузки при длительности действия как 0,1 с, так и 600 с, МПа;
\sigma_{r}^{600} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 600 с, МПа.
Расчетное растягивающее напряжение \sigma_{r}^{600} при длительности действия нагрузки 600 с определяют по формуле (30):
\sigma_{r}^{600} = \overline{\sigma_{r}^{600}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (30)
где \overline{\sigma_{r}^{600}} — растягивающее напряжение при длительности действия 600 с от единичной нагрузки, при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
Расчет дорожной одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузок 1,0 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями
6.24 При расчете дорожной одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузок 1,0 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями должно быть обеспечено условие (31):
\sigma_{r}^{1,0}< \frac{R_{N}^{1,0 + 600}}{\text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}}} , (31)
где \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} — требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица 3.1 ОДН 218.046-01) [1];
RN1,0+600 — прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 1 с и 600 с, МПа;
\sigma_{r}^{1,0} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 1 с, МПа.
6.25 Расчетное растягивающее \sigma_{r}^{1,0} напряжение определяют по формуле (32):
\sigma_{r}^{1,0} = \overline{\sigma_{r}^{1,0}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (32)
где \overline{\sigma_{r}^{1,0}} — растягивающее напряжение при длительности действия нагрузки 1 с от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку (таблица 2), определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
6.26 Прочность материала слоя RN1,0+600 на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений от действия расчетных циклических нагрузок с длительностью действия 1,0 с и 600 с определяют по формуле (33):
R_{N}^{1,0 + 600} = R_{\text{о}}^{1,0}k_{1}^{1,0 + 600}k_{2}(1 - \nu_{R} \cdot t) , (33)
где k11,0+600 — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
k2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица 14);
\nu_{R} — коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4 ОДН 218.046-01);
t — коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4 ОДН 218.046-01).
6.27 Коэффициент k11,0+600, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению (34):
k_{1}^{1,0 + 600} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 600}}} , (34)
где m — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя, определяемый по таблице 5;
\alpha — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице 5;
\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 600} — расчетное эквивалентное суммарное число приложений расчетной нагрузки как с длительностью действия 1,0 с, так и 600 с за срок службы асфальтобетонного покрытия, определяют по формуле (35), ед.:
\sum N_{\text{р}}^{1,0 + 600} = \delta_{600} \cdot \sum N_{\text{р}} \cdot \beta_{1,0 + 600} + (1 - \delta_{600}) \cdot \sum N_{\text{р}} , (35)
где \sum N_{\text{р}} — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [1], ед.;
\delta_{600} — доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у железнодорожных переездов (определяется на основе технико-экономических изысканий при определении интенсивности и состава движения);
\beta_{1,0 + 600} — коэффициент, отражающий влияние на усталостное разрушение расчетной нагрузки с длительностью действия 600 с, определяемый по формуле (36):
\beta_{1,0 + 600} = (\frac{R_{0}^{0,1} \cdot \sigma_{r}^{600}}{R_{0}^{600} \cdot \sigma_{r}^{0,1}}) -^{\frac{1}{m}} , (36)
где Rо600 — нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре и при однократном приложении нагрузки при длительности действия 600 с, определяемое по таблице 50, МПа;
\sigma_{r}^{600} — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое при длительности действия нагрузки 600 с, определяемое по формуле (37):
\sigma_{r}^{600} = \overline{\sigma_{r}^{600}} \cdot p \cdot \text{к}_{\text{в}} , (37)
где \overline{\sigma_{r}^{600}} — растягивающее напряжение при длительности действия 600 с от единичной нагрузки, при расчетных диаметрах площадки (таблица 2), передающей нагрузку, определяемое по номограмме рисунка 1 (модули упругости для асфальтобетона устанавливают по таблице 5, а для остальных материалов и грунта земляного полотна — на основании табличных данных ОДН 218.046-01 [1] и с учетом коэффициентов для пересчета значения модуля упругости при длительности действия нагрузки в соответствии с таблицами 6 - 13), МПа;
кв — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под двухскатным колесом; принимают равным 0,85 (при расчете под односкатным колесом кв = 1,00);
p — расчетное давление, устанавливаемое согласно таблице П1.1 ОДН 218.046-01 [1], МПа.
БИБЛИОГРАФИЯ
| [1] | ОДН 218.046-01 | Проектирование нежестких дорожных одежд |
|---|---|---|
| [2] | ОДМ 218.2.020-2012 | Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог |
Пример 1
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги — I;
- заданный срок службы дорожной одежды — Tсл = 15 лет;
- заданная надежность Кн = 1,49;
- приведенная к осевой нагрузке 115 кН (Приложение 1 табл. П.1.1 ОДН 218.046-01) интенсивность движения на конец срока службы Nр = 3200 ед./сут; приращение интенсивности q = 1,04;
- грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7WT, относится к сильнопучинистым грунтам;
- материал для основания — щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом марки 20;
- высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды — 0,60 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — III;
- глубина залегания грунтовых вод — 1,1 м.
Расчет требуется выполнить на различных участках дороги:
- для перегонов с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности нагружения 0,1 с;
- для перегонов с уровнем загрузки движением 0,7 и более при длительности нагружения 1 с;
- для участков пересечения дороги в одном уровне с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с и 10 с.
Доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у пересечений дороги в одном уровне, определено на основе технико-экономических изысканий составляет \delta_{10} = 0,2 .
А.1 Расчет дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением не более 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе
А.1.1 Вычисление суммарного расчетного количества приложений расчетной нагрузки за срок службы
Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (3.6) ОДН 218.046-01:
\sum N_{\text{р}} = 0,7N_{\text{р}} \frac{\text{К}_{\text{с}}}{q^{(T_{\text{сл}} - 1)}} T_{\text{рдг}}k_{\text{п}} , где Кс = 20,02 (Приложение 6 табл. П.6.3 ОДН 218.046-01);
Tрдг = 125 дней (табл. П.6.1 ОДН 218.046-01); Кп = 1,49 (табл. 3.3 ОДН 218.046-01);
\sum N_{\text{р}} = 0,7 \cdot 3200 \cdot \frac{20,02}{1,04^{14}} \cdot 125 \cdot 1,49 = 4824135\text{ед} .
Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.9 ОДН 218.046-01);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.6 ОДН 218.046-01);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и табл. П.3.6 ОДН 218.046-01):
А.1.3 Расчет по допускаемому упругому прогибу
Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E^{\text{гр}}}{E^{\text{щеб}}} = \frac{46}{420} = 0,11 ;
-
по Приложению 1 табл. П.1.1 ОДН 218.046-01 p = 0,6 МПа, согласно табл. 2 D = 39 см, тогда \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{h^{\text{щеб}}}{D} = \frac{26}{39} = 0,67 ; \frac{E_{\text{общ}}^{\text{щеб}}}{E^{\text{щеб}}} = 0,29 E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 0,29420 = 122\text{МПа} ;
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{щеб}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{3}}} = \frac{122}{2000} = 0,06 ; \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{D} = \frac{22}{39} = 0,56 \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{3}}} = 0,18 E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}} = 0,18 \cdot 2000 = 360\text{МПа} ;
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{2}}} = \frac{390}{2000} = 0,18 ; \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{D} = \frac{8}{39} = 0,21 \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{2}}} = 0,23 E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}} = 0,23 \cdot 2000 = 460\text{МПа} ;
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{1}}} = \frac{512}{3200} = 0,14 ; \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{1}}}{D} = \frac{4}{39} = 0,10 \frac{E_{\text{общ}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{1}}} = 0,16 E_{\text{общ}} = 0,16 \cdot 3200 = 512\text{МПа} ;
-
требуемый модуль упругости определяем по формуле 3.9 ОДН 218.046-01:
E_{\text{тр}} = 98,65[lg(\sum N_{\text{р}}) - 3,55] = 98,65[lg4824135 - 3,55] = 309\text{МПа} ;
\frac{E_{\text{общ}}}{E_{\text{ТР}}} = \frac{512}{309} = 1,66 .
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу — 1,30 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
А.1.4 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13) ОДН 218.046-01:
T = \overline{\tau_{\text{н}}} \cdot p .
Для определения \overline{\tau_{\text{н}}} предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при Wр = 0,667WT и \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}. ); Eн = 51,6 МПа (табл. П.2.4), \phi = 12^{\circ} и c = 0,004 МПа (табл. П.2.4 ОДН 218.046-01).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 ОДН 218.046-01 при расчетной температуре +20 °C (табл. 3.5 ОДН 218.046-01):
E_{\text{в}} = \frac{1800 \cdot 4 + 1200 \cdot 30 + 420 \cdot 26}{60} = 902\text{МПа} .
По отношениям: \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{902}{46} = 19,61 и \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{60}{39} = 1,54 и при \phi = 12^{\circ} с помощью номограммы (рис. 3.3 ОДН 218.046-01) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: \overline{\tau_{\text{н}}} = 0,0159\text{МПа} .
Таким образом: T = 0,0159·0,6 = 0,00954 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига Tпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,
Zоп = 4 + 8 + 22 + 26 = 60 см;
\phi_{\text{ст}} = 35^{\circ} (Приложение 2 табл. 2.4 ОДН 218.046-01);
Tпр = 0,004 + 0,1·0,002·60·tg 35° = 0,0289;
где 0,1 — коэффициент для перевода в МПа;
\text{К}_{\text{пр}} = \frac{0,0289}{0,00954} = 3,03 , что больше \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,00 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.
А.1.5 Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 122\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{4500 \cdot 4 + 2800 \cdot 8 + 2100 \cdot 22}{34} = 2547\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{34}{39} = 0,87 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{2547}{122} = 20,88 по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем \overline{\sigma_{r}^{0,1}} = 0,838 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3):
\sigma_{r} = 0,838 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,50\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (4):
при R0,1о = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} — по формуле (4);
m = 4; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}. ;
k_{1} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{4824135}} = 0,134 ;
k2 = 0,85 (табл. 14),
тогда по формуле (4) получим:
RN = 5,65·0,134·0,85(1 — 0,1·1,71) = 0,504 МПа.
г) На основании условия (2) получаем: \text{К}_{\text{пр}} = \frac{R_{N}}{\sigma_{r}} = \frac{0,504}{0,50} = 1,01 , что больше, чем \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная дорожная одежда удовлетворяет всем критериям прочности и определяющим критерием прочности является сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
А.2 Расчет дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе
А.2.1 Назначение дорожной одежды
Назначаем дорожную одежду и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
А.2.2 Расчет дорожной одежды на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 114\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{2880 \cdot 4 + 1860 \cdot 8 + 1510 \cdot 22}{34} = 1754\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{34}{37} = 0,92 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1754}{114} = 15,3 по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем \overline{\sigma_{r}^{0,1}} = 0,67 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):
\sigma_{r}^{0,1} = 0,67 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,342\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):
при Rо = 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} — по формуле (9);
m = 4; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}. ;
k_{1} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{4824135}} = 0,134 ;
k2 = 0,8 (табл. 14),
тогда по формуле (8) получим:
RN = 3,18·0,134·0,8(1 — 0,1·1,71) = 0,283 МПа;
г) На основании условия (6) получаем: \text{К}_{\text{пр}} = \frac{R_{N}}{\sigma_{r}} = \frac{0,2835}{0,342} = 0,827 , что меньше, чем \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, что требует внесения соответствующих корректив.
Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе, предусматривается увеличить толщины слоев либо изменить материалы конструктивных слоев дорожной одежды.
А.2.3 Повторный расчет на прочность при длительности действия нагрузки 1 с
А.2.3.1 Изменение материалов конструктивных слоев без изменения толщин
Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 114\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{28804 + 18608 + 186022}{34} = 1980\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{34}{37} = 0,92 \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1980}{114} = 17,37 по номограмме рис. 1 определяем:
\overline{\sigma_{r}^{0,1}} = 0,75 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):
\sigma_{r}^{0,1} = 0,75 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,383\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):
при Rо = 4,68 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} — по формуле (9);
m = 4,3; \alpha = 5,9 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}. ;
k_{1} = \frac{5,9}{4,3 \sqrt{4824135}} = 0,1647 ;
k2 = 0,80 (табл. 14),
тогда по формуле (8) получим:
RN = 4,68·0,1647·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,511 МПа.
г) На основании условия (6) получаем: \text{К}_{\text{пр}} = \frac{R_{N}}{\sigma_{r}} = \frac{0,511}{0,383} = 1,34 , что больше, чем \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, однако имеет чрезмерно высокий коэффициент прочности, что не удовлетворяет требований данных рекомендаций согласно п. 6.1 с точки зрения экономичности.
Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 с до 1 с, оказалось достаточно эффективным замена высокопористого асфальтобетона на пористый, имеющий повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, что привело к завышению коэффициента прочности. Поэтому целесообразно уменьшить толщины конструктивных слоев.
А.2.3.2 Изменение материалов конструктивных слоев с изменением толщин
Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 104\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{28804 + 18608 + 186018}{30} = 1996\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{30}{37} = 0,54 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1996}{104} = 19,23 по номограмме рис. 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{0,1}} = 0,92 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (7):
\sigma_{r}^{0,1} = 0,92 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,469\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (8):
при Rо = 4,68 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} - формуле (9);
m = 4,3; \alpha = 5,9 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}. ;
k_{1} = \frac{5,9}{\sqrt[4,3]{4824135}} = 0,1647 ;
k2 = 0,80 (табл. 14),
тогда по формуле (8) получим:
RN = 4,68·0,1647·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,511 МПа.
г) На основании условия (6) получаем: \text{К}_{\text{пр}} = \frac{R_{N}}{\sigma_{r}} = \frac{0,511}{0,469} = 1,089 , что больше, чем \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе и обеспечивает заданную надежность и экономичность в соответствии с п. 6.1.
Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 с до 1 с, эффективной оказалась замена слоя высокопористого асфальтобетона на слой из пористого асфальтобетона меньшей толщины (на 4 см), который имеет повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, что дало возможность уменьшить толщину нижнего асфальтобетонного слоя на 4 см, а также уменьшить толщину слоя основания на 4 см.
А.3 Расчет дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на участках пересечения дороги в одном уровне при уровне загрузки движением не более 0,7 с длительностями действия нагрузки 0,1 с и 10 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
А.3.2 Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 107\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{18004 + 12508 + 105022}{34} = 1185,29\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{34}{35} = 0,97 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1185,29}{107} = 11,11 по номограмме рисунка 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{10}} = 0,6 .
Расчетное растягивающее напряжение \overline{\sigma_{r}^{10}} вычисляем по формуле (16):
\sigma_{r}^{10} = 0,6 \cdot 0,6 \cdot 1,0 = 0,36\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение RN0,1+10 по формуле (12) для этого используем исходные данные:
R10о = 1,79 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1) ОДН 218.046-01;
t = 1,71 (табл. П.4.2) ОДН 218.046-01;
k2 = 0,80 (табл. 14);
m = 4,0; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}.
Предварительно вычислим значение \beta_{0,1 + 10} по формуле (15), \sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} по формуле (14), k10,1+10 по формуле (13):
\beta_{0,1 + 10} = (\frac{5,65 \cdot 0,26}{1,79 \cdot 0,5})^{4} = 26,55 ;
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} = 0,2 \cdot 4824135 \cdot 26,55 + (1 - 0,2) \cdot 4824135 = 6414623,5\text{ед}. ;
k_{1}^{0,1 + 10} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{6414623,5}} = 0,125
Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:
RN0,1+10 = 5,65·0,125·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,468 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение равно \sigma_{r}^{0,1} = 0,5\text{МПа} , согласно п. 1.5 б данного примера.
г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):
\frac{R_{N}^{0,1 + 10}}{\sigma_{r}^{0,1}} = \frac{0,468}{0,5} = 0,936 , что меньше от требуемого значения \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе, что требует внесение соответствующих корректив.
Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе, предусматривается увеличить толщины слоев либо изменить материалы конструктивных слоев дорожной одежды.
А.3.3 Повторный расчет на прочность
А.3.3.1 Замена материалов конструктивных слоев без корректировки их толщин
Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 102,7\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{1800 \cdot 4 + 1250 \cdot 8 + 1250 \cdot 22}{34} = 1315\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{34}{35} = 0,97 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1315}{102,7} = 12,8 по номограмме рис. 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{10}} = 0,6 .
Расчетное растягивающее напряжение \overline{\sigma_{r}^{10}} вычисляем по формуле (16):
\sigma_{r}^{10} = 0,6 \cdot 0,6 \cdot 1,0 = 0,36\text{МПа} ;
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение RN0,1+10 по формуле (12), для этого используем исходные данные:
Rо = 2,74 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k2 = 0,80 (табл. 14);
m = 4,3; \alpha = 5,9 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 4824135\text{ед}.
Предварительно вычислим значение \beta_{0,1 + 10} по формуле (15), \sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} по формуле (14), k10,1+10 по формуле (13):
\beta_{0,1 + 10} = (\frac{5,65 \cdot 0,36}{2,74 \cdot 0,5})^{4,3} = 5,47 ;
\sum N_{\text{р}}^{0,1 + 10} = 0,2 \cdot 4824135 \cdot 5,47 + (1 - 0,2) \cdot 4824135 = 9136911,69 ;
k_{1}^{0,1 + 10} = \frac{5,9}{\sqrt[4,3]{9136911,69}} = 0,142 .
Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:
R0,1+10N = 5,65·0,142·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,532 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение \sigma_{r}^{0,1} = 0,5 , согласно п. 1.5 б данного примера.
г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):
\frac{R_{N}^{0,1 + 10}}{\sigma_{r}^{0,1}} = \frac{0,532}{0,5} = 1,06 , что больше от требуемого значения \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе.
Таким образом, для компенсации уменьшения коэффициента прочности, при увеличении длительности действия нагрузки на дорожную одежду с 0,1 до 10 с, эффективным оказалось заменить слой высокопористого асфальтобетона на слой пористого асфальтобетона, имеющий повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям, без изменения его толщины.
Следовательно, для обеспечения необходимой прочности и повышенной долговечности асфальтобетонного покрытия эффективной для данной конструкции оказалась замена материала в слое, работающем на изгиб материалом, имеющим повышенную прочность и устойчивость к повторным нагружениям.
Пример 2
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги — III;
- заданный срок службы дорожной одежды — Tсл = 18 лет;
- заданная надежность Кн = 0,95;
- приведенная к осевой нагрузке 100 кН (Приложение 1 табл. П.1.1 ОДН 218.046-01) интенсивность движения на конец срока службы Nр = 900 ед./сут.; приращение интенсивности q = 1,04;
- грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7WT относится к сильно пучинистым грунтам;
- материал для основания — гравийная смесь;
- высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды — 0,70 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 3;
- глубина залегания грунтовых вод — 0,6 м.
Расчет требуется выполнить на различных участках дороги:
- для перегонов с уровнем загрузки движением менее 0,7 при длительности нагружения 0,1 с;
- для подходов к пересечениям с железнодорожными путями с уровнем загрузки движением более 0,7 при длительности действия нагрузки 1 с и 600 с.
Доля от общего количества автомобилей в потоке, задерживаемых у пересечений с железнодорожными путями, определена на основе технико-экономических изысканий и составляет \delta_{600} = 0,2 .
А.4 Расчет дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием повышенной долговечности на перегонах при уровне загрузки движением менее 0,7 при длительности действия нагрузки 0,1 с по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе
А.4.1 Вычисление суммарного расчетного количества приложений расчетной нагрузки за срок службы
Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (3.6) ОДН 218.046-01:
\sum N_{\text{р}} = 0,7N_{\text{р}} \frac{\text{К}_{\text{с}}}{q^{(T_{\text{сл}} - 1)}} T_{\text{рдг}}k_{\text{п}} , где Кс = 25,9 (Приложение 6 табл. П.6.3 ОДН 218.046-01);
Tрдг = 125 дней (табл. П.6.1 ОДН 218.046-01), Кп = 1,38 (табл. 3.3 ОДН 218.046-01);
\sum N_{\text{р}} = 0,7 \cdot 900 \cdot \frac{25,9}{1,04^{17}} \cdot 125 \cdot 1,38 = 1444943\text{ед}.
Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.9 ОДН 218.046-01);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.6 ОДН 218.046-01);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.6 ОДН 218.046-01).
А.4.3 Расчет по допускаемому упругому прогибу
Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
по Приложению 1 табл. П.1.1 ОДН 218.046-01
\frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{h^{\text{грав}}}{D} = \frac{48}{37} = 1,30 \frac{E_{\text{общ}}^{\text{грав}}}{E^{\text{грав}}} = 0,6 E_{\text{общ}}^{\text{грав}} = 0,6 \cdot 205 = 122\text{МПа} ;
- \frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{грав}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{3}}} = \frac{122}{2000} = 0,06 \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{D} = \frac{14}{37} = 0,38 \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{3}}} = 0,13 ;
E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}} = 0,13 \cdot 2000 = 260\text{МПа} ;
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{3}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{2}}} = \frac{260}{2000} = 0,13 \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{D} = \frac{4}{37} = 0,11 \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{2}}} = 0,145 E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}} = 0,145 \cdot 2000 = 290\text{МПа} ;
-
\frac{E_{\text{н}}}{E_{\text{в}}} = \frac{E_{\text{общ}}^{\text{а}/\text{б}_{2}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{1}}} = \frac{290}{3200} = 0,091 \frac{h^{\text{а}/\text{б}_{1}}}{D} = \frac{4}{37} = 0,11 \frac{E_{\text{общ}}}{E^{\text{а}/\text{б}_{1}}} = 0,105 E_{\text{общ}} = 0,105 \cdot 3200 = 336\text{МПа} ;
-
требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9) ОДН 218.046-01:
E_{\text{тр}} = 98,65[lg(\sum N_{\text{р}}) - 3,55] = 98,65[lg1444943 - 3,55] = 257\text{МПа} ;
\frac{E_{\text{общ}}}{E_{\text{ТР}}} = \frac{336}{257} = 1,30 .
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу — 1,17 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
А.4.4 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13) ОДН 218.046-01:
T = \overline{\tau_{\text{н}}} \cdot p .
Для определения \overline{\tau_{\text{н}}} предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при Wр = 0,7WT и \sum N_{\text{р}} = 1444943\text{ед}. ) Eн = 46 МПа (табл. П.2.4), \phi = 12^{\circ} и c = 0,004 МПа (табл. П.2.4 ОДН 218.046-01).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 ОДН 218.046-01 при расчетной температуре +20 °C (табл. 3.5 ОДН 218.046-01):
E_{\text{в}} = \frac{1800 \cdot 4 + 1200 \cdot 4 + 1200 \cdot 14 + 205 \cdot 48}{70} = 552\text{МПа} .
По отношениям \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{552}{45} = 12,3 и \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{70}{37} = 1,89 , и при \phi = 12^{\circ} с помощью номограммы (рис. 3.3 ОДН 218.046-01) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: \overline{\tau_{\text{н}}} = 0,0153\text{МПа} .
Таким образом, T = 0,0153·0,6 = 0,0092 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига Tпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,
Zоп = 4 + 8 + 14 + 48 = 70 см;
\phi_{\text{ст}} = 35^{\circ} (Приложение 2 табл. 2.4 ОДН 218.046-01);
Tпр = 0,004 + 0,1·0,002·70·tg 35° = 0,0138 МПа,
где 0,1 — коэффициент для перевода в МПа;
\text{К}_{\text{пр}} = \frac{0,0138}{0,0092} = 1,50 , что больше \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,00 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.
А.4.5 Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1 ОДН 218.046-01:
E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 122\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 22 см) устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{4500 \cdot 4 + 2800 \cdot 4 + 2100 \cdot 14}{22} = 2664\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{22}{37} = 0,59 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{2664}{122} = 21,8 по номограмме рис. 3.4 ОДН 218.046-01 определяем \overline{\sigma_{r}^{0,1}} = 1,38\text{МПа} .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3):
\overline{\sigma_{r}} = 1,38 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,70\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (4):
при R0,1о = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета согласно табл. 5;
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k_{1} = \frac{\alpha}{m \sqrt{\sum N_{\text{р}}}} — по формуле (4);
m = 4; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 1444943\text{ед}. ;
k_{1} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{1444943}} = 0,182 ;
k2 = 0,85 (табл. 14),
тогда по формуле (4) получим:
RN = 5,65·0,182·0,85(1 — 0,1·1,71) = 0,72 МПа.
г) \frac{R_{N}}{\sigma_{r}} = \frac{0,72}{0,70} = 1,02 , что больше, чем \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности и определяющим критерием прочности является сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
А.5 Расчет одежды автомобильной дороги, имеющей уровень загрузки движением более 0,7 и при длительности действия нагрузок 1,0 с и 600 с, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями
А.5.1 Назначение дорожной одежды
Назначаем дорожную одежду и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
А.5.2 Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:
- при времени действия нагрузки 1 с E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 122\text{МПа} ;
- при времени действия нагрузки 600 с E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 118\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 22 см) при времени действия нагрузки 1 с устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{2880 \cdot 4 + 1860 \cdot 4 + 1510 \cdot 14}{22} = 1823\text{МПа} .
Аналогично устанавливаем модуль упругости верхнего слоя (hв = 22 см) при времени действия нагрузки 600 с: E_{\text{в}} = 594\text{МПа} .
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{22}{33} = 0,67 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1823}{122} = 14,94 по номограмме рисунка 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{1}} = 1,05 .
Расчетное растягивающее напряжение \overline{\sigma_{r}^{1}} вычисляем по формуле (32):
\overline{\sigma_{r}^{1}} = 1,05 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,54\text{МПа} .
По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{22}{33} = 0,67 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{594}{118} = 5,03 по номограмме рисунка 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{600}} = 0,59 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):
\overline{\sigma_{r}^{600}} = 0,59 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,3\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение RN0,1+10 по формуле (33) для этого используем исходные данные:
R1о = 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k2 = 0,80 (табл. 14);
m = 4,0; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 1444943\text{ед}.
Предварительно вычислим значение \beta_{1 + 600} по формуле (36), \sum N_{\text{р}}^{1 + 600} по формуле (35), k11+600 по формуле (34):
\beta_{1 + 600} = (\frac{3,18 \cdot 0,3}{0,64 \cdot 0,54})^{- 1/4} = 0,78 ;
\sum N_{\text{р}}^{1 + 600} = 0,2 \cdot 1444943 \cdot 0,78 + (1 - 0,2) \cdot 1444943 = 1380155\text{ед}. ;
k_{1}^{1 + 600} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{1380155}} = 0,184 .
Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:
RN1+600 = 3,18·0,184·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,39 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение равно \sigma_{r}^{1} = 0,54\text{МПа} , согласно п. 5.2 б данного примера.
г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):
\frac{R_{N}^{0,1 + 10}}{\sigma_{r}^{0,1}} = \frac{0,39}{0,54} = 0,72 , что меньше от требуемого значения \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе. Требуется изменить конструкцию.
Для обеспечения прочности конструкции по критерию прочности на растяжение при изгибе необходимо увеличить толщину слоев, либо изменить материалы конструктивных слоев.
А.5.3 Повторный расчет на прочность
Назначаем конструкцию дорожной одежды и устанавливаем соответствующие значения расчетных характеристик дорожно-строительных материалов и грунта:
А.5.4 Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчет выполняем в следующем порядке.
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя.
Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1:
- при времени действия нагрузки 1 с E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 163\text{МПа} ;
- при времени действия нагрузки 600 с E_{\text{н}} = E_{\text{общ}}^{\text{щеб}} = 140\text{МПа} .
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (hв = 24 см) при времени действия нагрузки 1 с устанавливаем по формуле (3.12) ОДН 218.046-01:
E_{\text{в}} = \frac{2880 \cdot 4 + 1860 \cdot 6 + 1510 \cdot 14}{22} = 1826\text{МПа} .
Аналогично устанавливаем модуль упругости верхнего слоя (hв = 24 см) при времени действия нагрузки 600 с Eв = 598 МПа.
б) По отношениям \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{24}{33} = 0,73 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{1826}{163} = 11,23 по номограмме рисунка 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{1}} = 0,76 .
Расчетное растягивающее напряжение \overline{\sigma_{r}^{1}} вычисляем по формуле (32):
\overline{\sigma_{r}^{1}} = 0,76 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,387\text{МПа} .
По отношениями \frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{24}{33} = 0,73 и \frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{598}{140} = 4,27 по номограмме рисунка 1 определяем \overline{\sigma_{r}^{600}} = 0,45 .
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (32):
\overline{\sigma_{r}^{600}} = 0,45 \cdot 0,6 \cdot 0,85 = 0,23\text{МПа} .
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение RN0,1+10 по формуле (33) для этого используем исходные данные:
R1о = 3,18 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. 5);
\nu_{R} = 0,10 (табл. П.4.1 ОДН 218.046-01);
t = 1,71 (табл. П.4.2 ОДН 218.046-01);
k2 = 0,80 (табл. 14);
m = 4,0; \alpha = 6,3 (табл. 5); \sum N_{\text{р}} = 1444943\text{ед}.
Предварительно вычислим значение \beta_{1 + 600} по формуле (36), \sum N_{\text{р}}^{1 + 600} — по формуле (35), k11+600 — по формуле (34):
\beta_{1 + 600} = (\frac{3,18 \cdot 0,23}{0,64 \cdot 0,387})^{- 1/4} = 0,76 ;
\sum N_{\text{р}}^{1 + 600} = 0,2 \cdot 1444943 \cdot 0,76 + (1 - 0,2) \cdot 1444943 = 1376406\text{ед}. ;
k_{1}^{1 + 600} = \frac{6,3}{\sqrt[4]{1376406}} = 0,18 .
Тогда значение предельного растягивающего напряжения, определяемого по формуле (12), будет равно:
RN1+600 = 3,18·0,18·0,80(1 — 0,1·1,71) = 0,388 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение равно \sigma_{r}^{1} = 0,387\text{МПа} , согласно п. 5.2 б данного примера.
г) Вычисляем коэффициент прочности на основании формулы (10):
\frac{R_{N}^{0,1 + 10}}{\sigma_{r}^{0,1}} = \frac{0,388}{0,387} = 1,002 , что больше от требуемого значения \text{К}_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,0 (табл. 3.1 ОДН 218.046-01).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности на растяжение при изгибе.
Таким образом, для уменьшения коэффициента прочности при действии на дорожную одежду комбинированной нагрузки 1 с и 600 с эффективными оказались: замена слоя из гравийной смеси на слой из щебеночно-гравийно-песчаной смеси, обработанной цементом, М20 с увеличением его толщины на 2 см и с увеличением толщины слоя пористого асфальтобетона на 2 см.
Следовательно, для обеспечения необходимой прочности и повышенной долговечности асфальтобетонного покрытия для данной конструкции эффективной оказалась замена в слое основания из материала, не обработанного вяжущим, материалом, обработанным цементом.
Руководитель организации-разработчика
ФАУ «РОСДОРНИИ» Генеральный директор __________________________ О.Н. Ярош
Начальник отдела конструкций дорожных одежд, к.т.н __________________________ А.Е. Мерзликин