Строительство дорог

t_а.м/р = 0,009 р = 0,6 МПа

t_а.м = 0,009 × 0,6 = 0,0054 МПа

t_а.в = - 0,0020 МПа

t_а.м + t_а.в = 0,0034 МПа

0,0034 < 0,0168

Условие прочности на сдвиг в  песчаном основании удовлетворяется.

Проверка на растягивающие  напряжения в связных слоях

Для нижнего слоя асфальтобетонного  покрытия

Е_общ = 150 МПа

.

s_г = 0,85 × 0,6 × 2,60 = 1,30 МПа

Полученное s_г = 1,30 меньше допустимого растягивающего напряжения для асфальтобетона нижнего слоя.

1,30 < 1,31

 

 

 

Расчет дорожной одежды жесткого типа

Расчет толщины дренирующего слоя

Принимаем толщину песчаного слоя 30 см.

Расчет морозоустойчивости дорожной одежды

Допустимое морозное пучение для  бетонного покрытия l_доп = 2 см.

Толщину слоев из стабильных материалов определяем по формуле:

Н_мор = Z – 100 l_доп/К_пуч

Z – расчетная глубина промерзания;

К_пуч – коэффициент пучения грунта, %

Конструирование дорожной одежды

 

1. Цементобетонное покрытие;
2. Выравнивающий слой из песка, обработанного битумом;
3. Основание из щебня, обработанного 6% цемента;
4. Подстилающий слой из среднезернистого песка.

Введение между подошвой покрытия и поверхностью щебня, укрепленного портландцементом, выравнивающего слоя из черного песка ослабляет силы трения – сцепления, а также значительно уменьшает передачу упругой энергии в грунт вследствие затухания и отражения вверх упругих колебаний, которые возникают при проезде автомобилей, что повышает устойчивость слоев основания.

Основание из щебня, укрепленного цементом, обеспечивает (благодаря работе такого основания  как плиты) ровность и повышает несущую  способность покрытия. Поэтому предусматриваем  укрепление щебня основания 6% портландцемента.

Поскольку в составе  транспортного потока наибольшую нагрузку на ось имеют автомобили МАЗ-502 (100 кН), эту нагрузку принимаем в качестве расчетной. Среднее расчетное давление от этой нагрузки на покрытие 0,6 МПа, расчетный диаметр следа колеса D = 33 см.

Расчет модуля упругости  основания

Расчетная влажность (в долях от границы текучести Wт) для песка пылеватого Wт = 0,62. Этой расчетной влажности соответствуют характеристики грунта:

Е_гр = 67 МПа;

j = 36°;

С = 0,013 МПа;

Д_осн = Д₀ + h;

Д₀ – диаметр круга, равновеликого по площади отпечатку колеса расчетного автомобиля, см;

h – толщина плиты, первоначально назначаемая ориентировочно, а затем уточняемая расчетом, см.

Модуль упругости  материалов: песка среднезернистого Е₁ = 120 МПа; щебня, укрепленного 6%портландцемента Е₂ = 600 МПа.

Для дальнейших расчетов задаемся несколькими толщинами бетонного покрытия:

h₁ = 22 см  h₂ = 24 см  h₃ = 26 см

Для каждой из них определяем модуль упругости основания.

1. Для h = 22 см

Д_осн = Д₀ + h₁ = 33 + 22 = 55 см

h'₁ /Д_осн = 30/55 = 0,55

Е₀/Е₁ = 67/120 = 0,56

Е'₁/Е₁ = 0,70  Е'₁ = Е₁ × 0,7 = 120 × 0,7 = 84 МПа

h'₂ = 18 см

h'₂ /Д_осн = 18/55 = 0,33  Е'₁/Е₂ = 84/600 = 0,14 Е'₂/Е₂ = 0,21

Е₂ = Е_осн = Е₂ × 0,21 = 600 × 0,21 = 126 МПа.

 

2. Для h = 24 см

Д_осн = Д₀ + h₁ = 33 + 24 = 57 см

h'₁ /Д_осн = 30/57 = 0,53

Е₀/Е₁ = 67/120 = 0,56

Е'₁/Е₁ = 0,69  Е'₁ = 120 × 0,69 = 82,8 МПа

h'₂ = 18 см

h'₂ /Д_осн = 18/57 = 0,32 Е'₁/Е₂ = 82,8/600 = 0,13 Е''₂/Е₂ = 0,20

Е'₂ = Е_осн = Е₂ × 0,20 = 600 × 0,20 = 120 МПа.

 

3. Для h = 26 см

Д_осн = Д₀ + h₁ = 33 + 26 = 59 см

h'₁ /Д_осн = 30/59 = 0,51

Е₀/Е₁ = 67/120 = 0,56

Е'₁/Е₁ = 0,68 Е'₁ = 120 × 0,68 = 81,6 МПа

h'₂ = 18 см

h'₂ /Д_осн = 18/59 = 0,31 Е'₁/Е₂ = 81,6/600 = 0,13 Е''₂/Е₂ = 0,19

Е'₂ = Е_осн = Е₂ × 0,19 = 600 × 0,19 = 114 МПа.

Расчет напряжений в  плите бетонного покрытия от

автомобильной нагрузки

Плиты, лежащие на упругом основании, могут быть разделены по жесткости  на три категории в зависимости  от размера показателя:

, где

Е_осн – эквивалентный модуль упругости основания, МПа;

m_осн – коэффициент Пуассона системы грунт + подстилающий слой + основание;

b – половина ширины плиты;

Е_б – модуль упругости цементобетона в зависимости от проектной марки бетона на растяжение при изгибе.

Для принятой марки  бетона при Rри = 5 МПа, Еб = 35000 МПа.

m_б – коэффициент Пуассона цементобетона (m_б = 0,15).

1.

2.

3.

изгибающий момент от равномерно распределенной по кругу  радиуса R нагрузки зависит от жесткости плиты, характеризуемой параметром жесткости:

 

Толщина плиты, см	Параметры плиты			Изгибающие моменты  в плите, Нм/м	Напряжения в плите  от автомобильной нагрузки, МПа
	а	аR	С
22 24 26	0,0133 0,0121 0,0110	0,219 0,199 0,182	0,239 0,229 0,218	10000 10540 10970	1,24 1,10 0,97

 

Изгибающие моменты, действующие  на полосу покрытий шириной, равной единице  при расположении нагрузки в центре плиты

, где

Р – расчетная нагрузка сдвоенного колеса на покрытие;

R = Д/2 – радиус колеса, равновеликого площади отпечатка колеса, см;

С – коэффициент, зависящий от значений аR;

 

Напряжение в плите от автомобильной  нагрузки:

Расчет напряжений в  плите бетонного покрытия от

температурного воздействия

Максимальную разность температур между поверхностью покрытия и основанием можно определить в зависимости  от амплитуды колебаний температуры  на поверхности покрытия

Dt = А_н [1-е^-5,7h cos (-5,7h)] = А_н j(h), где

А_н – амплитуда отклонения максимальной температуры на поверхности покрытия от средней суточной температуры воздуха, А_н = 15.

 

h, см	Ан	j(h)	Dtрасч, град
22 24 26	15 15 15	0,911 0,949 0,980	13,67 14,24 14,70

 

По Уэстергарду, температурные  напряжения, возникающие в плитах бетонных покрытий в результате противодействия их короблению, в середине плиты:

а – коэффициент линейного расширения цементобетона (а = 7,25 × 10^-6 град^-1 при 0° < t < 40°);

с_х и с_у – параметры, зависящие от размеров плиты в плане и ее жесткости.

Характеристика жесткости бетонного покрытия:

 

h, см	Еосн, МПа	l, см	Dtград	L/l	сх	b/l	су	st, МПа
22 24 26	126 120 114	0,539 0,595 0,653	13,67 14,24 14,70	10,2 9,2 8,4	1,05 1,08 1,1	6,96 6,30 5,74	1,00 0,96 0,80	2,13 2,27 2,33

Расчет толщины бетонного покрытия

 

Марка автомобиля	Нагрузка на ось, кН	Кi	Интенсивность движения в первый год, авт/сут	Приведенная интенсивность движения, авт/сут
ГАЗ-53А ЗИЛ-130 МАЗ-502 КамАЗ-5320 ЛиАЗ-677	56 69 100 54,7 54,1	0,086 0,178 1,0 0,061 0,073	900 1500 500 500 200	77,4 267 500 30,5 14,6

S = 889,5

Число циклов нагружения за срок службы:

n – число суток в году, в продолжение которых осуществляется движение автомобилей заданного состава и интенсивности (n = 300);

q – знаменатель геометрической прогрессии, показывающий рост интенсивности движения за срок службы;

Т – срок службы покрытия в годах, Т = 30 лет;

К_п – коэффициент, учитывающий число полос движения;

N_пр – приведенная суточная интенсивность движения автомобилей разного веса к расчетному, авт/сут;

Число циклов нагружения Np определим с учетом изменения состояния грунта в течение года, изменение температурного градиента и распределение автомобилей по ширине полосы движения:

N_p = N × К_ос × К_пр × КDt, где

К_ос – коэффициент, учитывающий изменение модуля упругости грунта;

К_пр – коэффициент приведения числа воздействий за счет изменения положения нагрузки оп ширине проезжей части;

КDt – коэффициент, учитывающий изменение температурного градиента в течение года;

N_p = 12,4 × 10⁶ × 1 × 0,5 × 0,002 = 12400

Пользуясь уравнением кривой усталости, вычислим:

К_у = 1,08 × N_р^-0,063 = 1,08 × 12400^-0,063 = 0,67

Расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе:

R_расч = R_ин × К_у × К_о × К_нп = 5 × 0,67 × 0,8 × 1,25 = 3,35 МПа

 

h, см	sр, МПа	st, МПа	sрt, МПа	st/sрt
22 24 26	1,24 1,10 0,97	2,13 2,26 2,33	3,37 3,36 3,30	0,63 0,67 0,71

 

График зависимости напряжений в цементобетонной плите  
от ее толщины

 

 

ГЛАВА V. Гидравлический пасчет мостов и труб

 

Малые водопропускные сооружения устраивают в местах пересечения автомобильной дороги с ручьями, оврагами, по которым стекает вода от дождей и талая вода. Количество водопропускных сооружений зависит от климатических условий и рельефа местности. Трубы и мосты должны обеспечивать пропуск воды без вреда для дороги и дорожных сооружений.

Большую часть водопропускных сооружений составляют трубы. Они не меняют условия  движения автомобилей, не стесняют проезжую часть и обочины и не требуют  изменения типа дорожного покрытия.