Проектирование капитальной дорожной одежды нежесткого типа

По графику в зависимости  от толщины старого покрытия (10 см) и среднего модуля упругости при температуре минус 15^оС –15 000Мпа (по заданию) определяем значение растягивающих напряжений в нижней части слоя, которое составит   4 МПа.

Проверяем условие устойчивости отраженным трещинам   (1):

4 ≤ 2

Условие не выполняется, следовательно, нужно предусмотреть мероприятия  по борьбе с отраженными трещинами.

Мероприятия по предотвращению отраженного трещинообразования

Основные мероприятия  следующие:

- фрезерование покрытия  на определенную глубину; 

- разделка трещин на  определенную ширину;

- возможен комплекс из  двух предложенных мероприятий.

Рассмотрим разделку трещин на определенную ширину. Определим ширину разделки трещин. Как установлено выше, растягивающие напряжения в нижней части слоя – 4 МПа. Коэффициент снижения растягивающих напряжений составит 4.

По графику определяем отношение ширины разделки трещин к  толщине старого слоя асфальтобетона. Это отношение составит 0.2.  Следовательно, ширина разделки составит (10*0.2=2см) 2 см.

Таким образом, для предотвращения отраженного трещинообразования на новом покрытии необходимо произвести фрезерование старого покрытия на глубину  3,5 см или произвести разделку трещин на ширину  2 см.

Для уменьшения глубины фрезерования и ширины разделки трещин, можно  предусмотреть комплекс мероприятий, где совместно будет применена  разделка трещин и фрезерование покрытия. Поскольку ширина разделки небольшая (2 см), целесообразно определить глубину фрезерования, при которой ширина разделки составит 1 см. В этом случае требуется только ремонт трещин.

При ширине разделки 1 см отношение ширины разделки к толщине покрытия составит 0.1. По графику 2.4.2 найдем коэффициент снижения напряжений, который составит 2.5.

Определим допустимые температурные  напряжения в выравнивающем слое из песчаного асфальтобетона ( ):

= *К =1*2.5=2.5 МПа

По графику2.4.1 при уровне напряжения 2.5 МПа толщина слоя составит 5 см. Следовательно, глубина фрезерования составит (10-5= 5) 5 см.

Таким образом, окончательно принимаем глубину фрезерования 5 см с последующим ремонтом трещин (герметизация).

 

2.4.Разработка  конструкции дорожной одежды

Выбор расчетной нагрузки и определение требуемого модуля упругости.

 Расчет усиления дорожной  одежды в курсовом проекте.

При разработке проекта реконструкции  дорожной одежды для категории дороги III принимаем нагрузку А3.

Состав транспортного  потока принимаем по данным раздела 1.

По табл. 1.4.1 (первый раздел) назначаем коэффициент надежности.

Для дороги 3-й категории с капитальным типом покрытия и нагрузки А3 примем уровень надежности 0.90.

По табл. 1.5..2 (раздел 1)  определим срок службы дорожной одежды, который составит 11 лет.

Битум для устройства покрытия примем модифицированный марки БМА 100/130. Для устройства нижнего слоя примем битум марки БНД 60/90.

 

Значение суммарного коэффициента приведения при упрощенном подходе  S_mсум определяют по формуле:

, 

где n - число групп отдельных автомобилей.

       S_n - коэффициент приведения конкретной группы автомобилей по табл. 1. Приложения 2;

Р_n- удельное количество автомобилей данной группы, в долях единицы.

Поскольку состав транспортного  потока примем по данным первого раздела. Для этого воспользуемся данными таблицы 1.6.5. .Изменения коснутся значений коэффициентов приведения (нагрузка А.3). Коэффициенты назначим по таблице 1 Прил. 2. Расчет представлен в таблице 2.4.1.

Таблица 2.4.1 Расчет коэффициентов приведения

 

№ п/п	Вид и марка транспортного средства	Схема транспортного Средства По табл. 1 Прил. 2	Макси- мальная нагрузка на ось,т	%,авто-мобилей в долях  едиицы	Строчка табл 1 П1	коэфприведения
1	2	2	3	4	5	6
1.	Легковые автомобили	--------	0.75	0.25	1	0.0012
2.	Грузовые автомобили грузоподемност-ью до 2,5-и тонн	-------------	1,7	0.05	3.1	0.05
3	Грузовые автомобили грузоподъемностью  до 5 тонн		3,2	0,1	3.3.1	0,27
4.	Двухосные грузовые авто Зил-432932		8,2	0.1	3.3.1	0,65
5.	Грузовые  А       автомобили до 12-ти тонн марки МАЗ-533603-221		11,5	0.1	3.3.2	0,87
6.	Грузовые   автомобили до   12-ти  тонн        марки КАМАЗ - 53605		20 на тележку	0. 1	3.3.4	1,1
7.	Автопоезд марки МАЗ 6430А5-320-010		тележка тягача 20 т	0.1	4.7.	2,2
8	Автопоезд   с      прицепом марки КАМАЗ -65221		тележка тягача 20 т	0,1	5,5	1,7
9	Автобусы марки  МАЗ 105		средняя ось 11,5 т	0,1	6,3	0,8

 

Получаем суммарный  коэффициент приведения по формуле 

=0,25*0,0012+0,05*0,05+0,1*0,27+0,1*0,65+0,1*0,87+0,1*1,1+0,1*2.2+0,1*1,7+0,1*0,8=0,76

Величину приведенной интенсивности  движения на последний год срока службы дорожной одежды N_p (ед/сут) определяют по формуле 1.6.11 (раздел 1):

,  

где f_пол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (f_пол=0,55);

       N_m - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств в физических единицах на конец срока службы (начальную интенсивность принимаем равной конечной по первому разделу).

N_m = 1264*(1+0,01*2)^11-1 = 1541 авт/сут

     S_{m cум} - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-й марки к расчетной нагрузке Q_расч.

Выполненный расчет позволяет назначить уровень  надежности материла покрытия, который  необходимо обеспечить на стадии подбора состава (рис1. 5.1). Интенсивность 645 принимаем значение уровень надежности материла покрытия 0,80

Определим суммарное число воздействий  расчетного автомобиля за срок службы по формуле 1.6.12 (раздел 1).

Коэффициент суммирования Кс определим по формуле 

q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

q=1+0.01p=1+0.02=1.02

Значение Т_рдг  северного дорожно-климатического района составит 125 дней. Значения коэффициента, учитывающего вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого принимаем из таблицы 1.6.3 (раздел 1). В нашем случае k_n=1,38.

Тогда:

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии 1.10.4                  (раздел 1):

Е_об > Е_тiп

,                            

где Е_об - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

      Е_тiп - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;

      К^тр_пр - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимается в зависимости от требуемого коэффициента надежности.

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции  дорожной одежды при SN_р > 4×10⁴ (авт)  Е_тiп (МПа) вычисляют по формуле 1.10.5 (раздел1):

 

     Е_min = 98,65 [lg(SN_р) - c] =98,65* (lg777564 – 3,05)=280МПа       

где SN_р - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды;

       с - коэффициент, зависящий от группы нагрузки (для группы нагрузки А₃ с=3,05)

  По таблице 1.10.5 (раздел 1) для нагрузки А₃ и дороги 3-ой категории значение Е_min отсутствует то принимаем 280 МПа. Е_тр= Е

_min=280 МПа.

Значение  К^тр_пр примем по табл. 1.4.1 (раздел 1). В нашем случае оно составит 1.0.

Требуемый  модуль упругости дорожной одежды составит                                       Е_тр= К^тр_пр * Е _min =280*1.0=280 МПа

 

Таблица 2.4.2 - Расчетные характеристики материалов

 

Материал	Модуль упругости при температуре, МПа				Проч-ность на изгиб   при 0оС, МПа	Угол внутр. трения φ, о	Внутр. сцепле- ние С, МПа	Коэф. m и а
	0 0С	10 0С		50 0С
1	2		3	4	5	6	7	8
ЩМС на битуме марки БМА 100/130	5500		4000	660	13.0	43*1.05= 45	0,28*1.2= 0.34	6.9;3.3
Горячий, плотный, к/з а/б  на битуме БНД 60/90	4500		3200	460	9,8	38	0,29	5.5;4.3
Песчаная а/б смесь  типа Г	4500*1.2= 5400		3200	460	9,8*1.2= 11.8	34	037	5.5;4.3

 

5. Расчет дорожной одежды.

Расчет  толщины слоев усиления.

Фрезерование старого  покрытия производим на глубину 5см. Составляем расчетную схему для определения  Е_оп. В качестве базового принимаем рис. 1.10.5 (первый раздел) с учетом коррекции модулей (рис. 2.5.2).

Значение Е1 и Е2 определим  с учетом коэффициента надежности.

Для верхнего слоя:

Ер=Ет*Кн =2400*0,9=2160 МПа

Для нижнего слоя:

Ер=Ет*Кн,= 1400*0,9=1260 МПа

 

 

Рис. 2.5..1 -  Схема конструкции к определению Е_тр на поверхности старой дорожной одежды

 

В соответствии с заданием значение эквивалентного модуля упругости  дорожной одежды в момент ремонта (Е_общ)  составляет  К_нЕ_об .

В нашем случае Еоб=195 МПа. Тогда Еобщ=0,9*217=195 МПа

Определяем значение Е_оп.

При фрезеровании на глубину 5 см полностью удаляется верхний  слой покрытия и на 1 см нижний слой (Рис. 2.5.3)

 

Рис. 2.5.2  -  Схема для определения Е_оп

      Расчетом сверху вниз находим эквивалентный модуль на поверхности нижнего слоя покрытия (Eэ’):

      h1/D=4/41=0.098;

      E0бщ/E1=195/2160=0.09;

По номограмме (рис. 1.7.8)

      Eэ’/E1=0.09;

      Eэ’=0,09*2160=194 МПа;

Определяем Еоп

h2/D=1/41=0.02;

      Eэ’/E2=194/1260=0.15;

По  номограмме

      Еоп/E2=0.14;

      Eоп=0.14*1260=176 МПа.

Производим расчет усиления по критерию упругого прогиба в соответствии со схемой, представленной (рис. 2.5.3)

 

 

Рис. 2.5.3- Расчетная схема для определения толщины слоев усиления

Принимаем толщину выравнивающего слоя минимальной, равной для песчаного  асфальтобетона 1 см.

Определяем эквивалентный  модуль упругости на поверхности  слоя песчаного асфальтобетона расчетом снизу вверх.

      h1/D=1/41=0,02;

      E0п/E1=176/3200=0,055;

По  номограмме

      Eэ’/E1=0,06;

      Eэ’=0,06*3200= 192 МПа;

Задаемся  толщиной верхнего слоя покрытия минимальной, равной 4 см. Определяем эквивалентный  модуль упругости на поверхности  нижнего слоя покрытия.

H3/D=4/41=0.1;

      Eтр/E1=280/4000=0.07;

По  номограмме

      Eэ’’/E3=0.065;

      Eэ’’=0,065*4000=260 МПа;

Определим толщину среднего слоя:

Eэ’’/E2 = 260/3200=0.081

Eэ’/E2 = 192/3200= 0.06

По  номограмме найдем Н2/Д=0.25

Н2=0.21*41=9 см

Даная толщина является рациональной. Поскольку слой толщиной 9 см легко уплотнить.

Таким образом, окончательно принимаем  следующую конструкцию усиления:

Выравнивающий слой 1 см.

Нижний несущий слой 9 см.

Верхний слой покрытия 4 см.

Оценка сдвигоустойчивости слоев покрытия.

Составляем расчетную  схему конструкции дорожной одежды (рис.2.5.4).

 

 

Рис.2.5.4- Схема конструкции для расчета на сдвигоустойчивость