Материал: 2308

составлять соответственно 5,2; 8,2; 11,2; 20,6; 30 кг/м2, а норма розлива битума 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 л/м2.

6. Срок службы поверхностных обработок дорог может достигать 3 и 0,5 года для покрытий из горячей плотной и холодной асфальтобетонных смесей соответственно.

Дополнительно к этим выводам инж. Д.Н. Рыспаев и Д.Н. Перешивко определили теоретически и экспериментально область устойчивости шероховатой поверхностной обработки дорог (ШПО), устроенной путем приклеивания щебня правильной геометрической формы с помощью битума. Последний при отрицательной температуре приобретает хрупкие свойства.

Автомобильное колесо соприкасается с поверхностью покрытия не по всей площади контакта, а только в местах выступов шероховатости. Этими выступами являются отдельные минеральные зёрна. Поэтому считается, что нагрузка от колеса автомобиля распределяется на то количество щебёнок, которые попадают в площадь контакта.

Нагрузку, приходящуюся на одну щебёнку, определяют по формулам:

где P – вертикальная нагрузка на одну щебёнку; Q – касательное усилие, приложенное к одной щебёнке; N – количество минеральных зёрен, попавших в площадь контакта; m – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между щебёнками из-за их переменной формы и размера. Принимает значения, близкие к 1, если для устройства поверхностной обработки использован щебень узких фракций; k – коэффициент неравномерности распределения нагрузки в площади контакта.

Введение коэффициентов m и k позволяет определять максимально возможные усилия при заданных условиях. Задача о расчёте устойчивости каменного материала в слое поверхностной обработки сводится к определению предельного касательного усилия, которое может выдержать одна наиболее загруженная щебёнка. Это определяет выбор расчётной схемы: рассматривается одиночная щебёнка в слое битума (при отрицательной температуре воздуха), на которую действуют силы P и Q. Для расчётной схемы выбрана форма щебня в виде прямоугольного параллелепипеда со сторонами a, b и c.

Расчётные схемы приведены на рис. 4.3 и 4.4 (для наглядности щебёнка изображена в устойчивом и неустойчивом положениях).

По приведённым расчётным схемам можно определить предельное касательное усилие, которое может быть воспринято щебёнкой без её отрыва (то есть максимальное удерживающее усилие) Qудерж. Сила Qудерж определяется из условия равенства нулю суммы моментов всех действующих на щебёнку усилий относительно точки О:

73

Предельное удерживающее усилие Qудерж, кгс

0

Рис. 4.6. Теоретическая (а) и экспериментальная (б) зависимости предельной удерживающей силы Qудерж от площади контакта щебёнки с битумом

Предельное удерживающее усилие Qудерж, кгс

Рис. 4.7. Теоретическая (а) и экспериментальная (б) зависимости предельной удерживающей силы Qудерж от высоты минерального зерна в слое ШПО

Из результатов совпадения экспериментов с теоретическим уравнением (4.26) следует, что отдельное зерно (щебенка) не будет вырвано из хрупкой пленки битума толщиной не менее 1 мм, а размер кубовидного зерна – не менее 7 мм. Это частично совпадает с предыдущими выводами, но одновременно требует более углубленного анализа и решения задач устойчивости механики зернистой среды.

75

5. ДОРОЖНЫЕ КОНСТРУКЦИИ КАК КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Реальные конструкции дорог и аэродромов имеют чаще всего неоднородные грунтовые основания, состоящие из насыпей, искусственно уплотненных, и грунтов естественного сложения. Последние могут быть слабыми (например, торфяные грунты), искусственно промороженными или из вечномерзлых грунтов. В зависимости от целей расчета дорожных конструкций (например, расчет на допустимую осадку грунтовой конструкции от собственной массы, расчет покрытия на прочность от действия временной подвижной нагрузки и т. д.) эти сложные конструкции земляного полотна (табл. 5.1) могут быть представлены механическими колебательными системами, а их поведение – соответствующим математическим представлением. В этом случае колебательная система – это массы, связанные между собой упругими связями (пучинами).

Число масс, сосредоточенных в точке, равно числу слоев, на которые разделяется конструкция по признаку однородности свойств. Иногда в дополнение к пружинам могут быть добавлены элементы, имитирующие вязкость и пластичность отдельных слоев.

Рассмотрим примеры составления механических моделей грунтовых конструкций как колебательных систем с целью определения прогиба поверхности. При этом предположим, что модели упруги, инерционны и представляют собой систему пружин с жесткостью Сi, связывающих точки с массой mi . Число пружин и учитываемых масс может быть сколько угодно большим, однако не меньше числа слоев грунтовой конструкции.

Колеблющиеся массы слоев сосредоточены в центрах масс, для чего производят предварительное приведение в «точку» распределенных масс по методу проф. Г.И. Глушкова. При этом учитываются сопротивления слоев изгибу. Если верхний слой представляет собой бетонную плиту толщиной hn с модулем упругости Еп и удельной массой δn и уложен на слой грунтовой насыпи толщиной ha hn , характеризуемой коэффициентом постели С0 и удельной массой δ0, то нагрузка Q будет распределена по кругу радиусом R и практически убывает до нуля на глубине активной зоны ha. При этом приведенная масса (по Г. И. Глушкову) составит

77