Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
А.В. Смирнов, А.С. Александров
МЕХАНИКА
ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Учебное пособие
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области железнодорожного транспорта и транспортного строительства в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» направления подготовки «Транспортное строительство»
Омск
СибАДИ
2009
7
УДК 625.731 ББК 39.311-04
С 50
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Г.С. Меренцова (Алтайский государственный технический университет);
д-р техн. наук, проф. В.П. Подольский (Воронежский государственный архитектурностроительный университет);
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».
Смирнов А.В., Александров А.С.
С 50 Механика дорожных конструкций: Учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2009. – 212 с.
ISBN 978-5-93204-459-9
В книге приведены теоретические модели механического воздействия подвижных транспортных средств на дорожные конструкции. Показаны приемы расчета динамического напряженно-деформированного состояния слоистых упругих, упруговязких и упруговязкопластических конструкций. Рассмотрена механика формирования волн в упругом полупространстве и многослойной среде. Приведены методы расчета дорожных конструкций на кратковременное воздействие транспортных средств и стандарты современных дорожных конструкций для условий России.
Табл. 41. Ил. 98. Библиогр.: 221 назв.
ISBN 978-5-93204-459-9 |
© А.В. Смирнов, |
|
А.С. Александров, 2009 |
8
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
. . . |
5 |
. . . . . . . |
|
|
1. Виды и свойства дорожных конструкций. . . . . . . . . |
. . . |
7 |
. . . . . . . |
|
|
2.Транспортные нагрузки и напряжения в конструкци-
ях. |
Критерии устойчивости конструкций . . . . . . . . |
19 |
. . . . . . . . . . . . . .
3.Упруговязкое деформирование дорожных конструк-
ций при подвижной нагрузке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
. . . . . . . . . . . . . |
|
3.1.Деформирование упругого сплошного и слоисто-
|
го полупространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
3.2. |
Деформирование упругих слоистых и плитных |
47 |
|
конструкций |
|
4.Устойчивость зернистых шероховатых поверхностей
|
дорожных конструкций под действием подвижной на- |
62 |
|
грузки . . . . . . . . |
|
5. |
Дорожные конструкции как колебательные системы . |
74 |
|
. . . . . . . |
|
6.Ударно-импульсное воздействие транспортных нагру-
зок на |
конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
78 |
. . . . . . . . . . . . . . |
|
|
6.1. |
Виды волн и колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
78 |
|
. . . . . . . . . |
|
6.2.Импульсы удельных давлений от транспортных
|
средств на поверхности покрытий . . . . . . . . . . . . . . . . |
80 |
|
. . . . . . . . . . . . . . . . |
|
6.3. |
Механика формирования волн в упругом полу- |
83 |
|
пространстве |
|
6.4. |
Механика волн и колебаний в двухслойной упру- |
90 |
|
гой среде. . . |
|
7.Упруговязкопластическое деформирование дорожных
конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
. . . . . . . . . .
7.1.Причины появления неровностей и критерии рас-
|
чета |
дорожных конструкций по про- |
|
|
дольной и поперечной ровности . . . . . . . . . . . . . . . . . |
95 |
|
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
|
7.2. |
Допускаемые |
и предельные значения неровно- |
98 |
|
|
9 |
|
стей . . . . . . . . .
7.3.Деформирование материалов и грунтов при воз-
|
действии кратковременных повторных нагрузок . . . . |
113 |
|
. . . . . . . . . . . . . . . |
|
7.4. |
Обоснование функций изменения напряжений |
|
|
вертикального сжатия от воздействия транспортной |
|
|
нагрузки по глубине дорожных конструкций . . . . . . . |
141 |
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
7.5.Определение пластических перемещений в до-
|
|
рожных конструкциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
147 |
|
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
|
Библиографический список к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
156 |
|
|
. . . . . . . |
|
|
8. |
Экспериментальная механика дорожных конструкций |
159 |
|
|
. . . . . . |
|
|
|
8.1. |
Допустимые (обратимые) прогибы дорожных |
159 |
|
|
конструкций . . |
|
8.2.Обратимые деформации и скорости колебаний
|
дорожных конструкций при действии подвижных |
163 |
|
колесных нагрузок . . |
|
8.3. |
Экспериментальные исследования динамических |
|
|
прогибов, скоростей и ускорений колебаний дорож- |
|
|
ных конструкций при воздействии скоростных ко- |
174 |
|
лесных нагрузок . . . . . . . . . . . |
|
9.Расчет и конструирование слоистых дорожных конст-
рукций на кратковременное воздействие транспортных |
181 |
средств . . . . . . |
|
9.1.Комбинаторный метод расчета толщины дорож-
|
ных и аэродромных конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . |
189 |
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
9.2. |
Стандарты дорожных конструкций . . . . . . . . . . . . |
195 |
|
. . . . . . . . . . |
|
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
203 |
|
. . . . . . . . |
|
|
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
204 |
|
. . . . . . . |
|
|
10
ВВЕДЕНИЕ
Механика – очень древняя наука. По мере ее развития в ней были сформулированы законы, составляющие основу естествознания от уровня микро до уровня макро в части взаимодействия твердых тел. Развитие механики происходит вместе с прогрессом общества, задач, которые оно ставит перед собой, и сопровождается ее разветвлением по направлениям. Так, потребности осмысленного строительства зданий, сооружений, в том числе транспортного назначения, вызывали необходимость образования ветвей механики: строительной механики, сопротивления материалов, механики грунтов, механики зернистых сред, механики твердых тел и т.п. Однако в основе всех механик лежат фундаментальные начала (законы), неизменные в течение столетий. К ним относятся законы равновесия, сохранения количества движения, сохранения и преобразования энергии, ньютоновской силы, Р.Гука. В этих законах обязательно присутствуют параметры, описывающие поведение материалов и конструкций: модуль мгновенной и длительной упругости при сжатии, растяжении, модуль сдвига и общих деформаций, коэффициент Пуассона, логарифмический закон усталости и т.д.
Настоящая книга вызвана потребностью в третьем тысячелетии в прочности дорожных конструкций на дорогах и аэродромах России, позволяет рассчитать их и назначить необходимые параметры для практического строительства. Следует отметить, что начало и дальнейшее развитие механики дорожных конструкций заложили ученые Н.Н. Иванов, Б.С. Радовский, М.Б. Корсунский, А.М. Кривисский, В.Д. Казарновский, Ю.М. Яковлев, С.К. Иллиополов и др. В книге использованы и труды зарубежных ученых – Синга и КУО (США), Уэстаргарда и др., там, где они, по мнению авторов, вписываются в логику книги.
Традиционно прочность каждого слоя дорожных и аэродромных одежд убывает с глубиной в соответствии с характером изменения напря- женно-деформированного состояния, а отдельные слои могут быть представлены монолитными и зернистыми материалами. Это изменение прочности по толщине заложено еще в XIX в. Максом Адамом при устройстве парковых дорожек для проезда карет в английских замках. При этом крупный щебень нижнего ряда покрытия расклинивается сверху более мелким, создавая некоторый распор. Эта идея содержалась в технологии строительства «белого шоссе» во всех странах мира, а конструкция получила название от искаженного имени автора – macadam. Поэтому назначить сегодня требуемую толщину одежды невозможно без знания закономерностей на- пряженно-деформированного состояния сплошных, слоистых и зернистых сред при воздействии на них многократных вертикальных и горизонтальных нагрузок от транспорта. В XXI в. транспортные нагрузки – это автопо-
11