Материал: 2308

8.3. Экспериментальные исследования динамических прогибов, скоростей и ускорений колебаний дорожных конструкций при воздействии скоростных колесных нагрузок

Адекватность, т.е. соответствие теоретической модели работы дорожных конструкций реальности, возможно установить лишь экспериментальным путем. Это соответствие производится путем сравнения критериев модели: динамического прогиба, скорости или ускорений с зарегистрированными на дороге. При этом будет наблюдаться расхождение величин, которое можно выразить в процентах. Однако придется всегда отвечать на вопрос: «Достаточно ли мало расхождение, чтобы считать его допустимым, а теоретическую модель динамической конструкцией работы адекватной?» Если полагать неоднородность деформативных свойств слоев дорожных и аэродромных конструкций (например, модуля упругости) в пределах 0,9–1,1 от среднего значения, наличие в конструкциях от 2 до 5 слоев и случайный характер одновременного проявления в одном сечении конструкций этих неоднородных свойств, то эксперименты по измерению динамического прогиба и его производных дадут обязательно отклонения, не большие, чем указано в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Нормативные отклонения наблюдаемых прогибов конструкций от теоретических

Поэтому если результаты экспериментального определения деформативных характеристик дорог и аэродромов в форме прогиба, его скорости и ускорений укладываются в пределы таблицы, то их следует считать аде-

кватными.

В СибАДИ инж. В.Ф. Игнатовым произведены испытания дорожной конструкции на действие подвижной автомобильной нагрузки. Для регистрации ускорений колебаний был применен виброизмерительный комплекс MIC-026, включающий датчики виброускорений АР-50, усилители, контроллеры и программное обеспечение, позволяющее из зарегистрированных ускорений извлекать первообразные функции перемещений. Испытания конструкции дороги с асфальтобетонным покрытием в 19 см, щебеночным основанием в 25 см, песчаным слоем в 20 см на подстилающем

супесчаном грунте произведены при воздействии на неё легкового автомобиля массой 1,2 т и грузового массой 10,5 т и нагрузкой на колесо 39,5 кН при различных скоростях. Результаты испытаний указывают на функциональную зависимость прогибов и ускорений колебаний от величины нагрузки и скорости её движения (рис. 8.15, 8.16).

Рис. 8.15. Зависимость прогиба u и ускорений ü колебаний дорожной конструкции от скорости движения легкового автомобиля: – экспериментальные данные для u и ü.

Дорожная конструкция: асфальтобетон – 19 см; щебень – 25 см; песок – 20 см; грунт – супесь; температура – 8 ºС

Рис. 8.16. Зависимость прогиба u и ускорений ü колебаний дорожной конструкции от скорости движения грузового автомобиля: 1 – минимальный предел адекватности; 2 – максимальный предел адекватности;

– экспериментальные данные для u и ü. Дорожная конструкция: асфальтобетон – 19 см; щебень – 25 см;

песок – 20 см; грунт – супесь, температура – 8 ºС

Как видно из рисунков, для легкового и грузового автомобилей динамические прогибы конструкции, полученные экспериментально, в среднем возрастают до скорости 40 км/ч, а основная масса точек находится в области минимального и максимального пределов адекватности. Это обстоятельство подтверждает правомочность применения в расчетах НДС моделей:

1)упругого полупространства (см. рис. 3.3);

2)модели плиты на упругом инерционном полупространстве с убыванием его свойств по глубине (см. рис. 3.15).

По действующим методам проектирования, аэродромные покрытия рассчитывают как конструкции, лежащие на упругих основаниях. Расчет как жестких (из цементобетонов), так и нежестких покрытий (из асфальтовых бетонов) основан на статических теориях. Факт движения по покрытию воздушных судов (ВС) учитывается лишь одним коэффициентом динамичности, что недостаточно отображает реальную картину работы аэродромного покрытия. Стоит отметить, что современные воздушные суда обладают высокими взлетно-посадочными скоростями (до 280 км/ч) и значительными нагрузками на основную опору (до 1900 кН). Это не может быть не учтено в расчетах прочности конструкции взлетно-посадочной полосы и ее толщине, равно как и недостаточно изученный вид динамического напряжения деформированного состояния.

Для примера рассмотрим посадку воздушного судна (ВС) типа Ту-154 как наиболее распространенного отечественного судна в гражданской авиации. Судно имеет две основные опоры по три пары колес. Общий вес судна – 960 кН.

Н1

Н2

Рис. 8.17. Общая схема посадки ВС

Посадка ВС осуществляется на основные опоры, и вес, приходящийся на них в момент посадки, составляет до 100 % от общего веса судна. В момент соприкосновения колес с покрытием происходит ударное нагружение аэродромной конструкции силой Р1 (рис 8.17, а). В следующий момент

времени происходит отрыв колес от покрытия на величину Н1 за счет амортизации, и далее следует новое нагружение Р2. Таких «скачкообразных» движений может быть несколько (рис. 8.17, г, д) в зависимости от веса судна, амортизирующей способности, давления воздуха в шинах. При-

чем Р1 > Р2 >…..> Рn , а Н1 > H2 >..... > Hn.

Проведенные экспериментальные исследования на одном из аэродромов РФ позволили установить наличие колебательных процессов аэродромной конструкции при посадке ВС.

Запись колебания аэродромной конструкции производилась виброизмерительным оборудованием, состоящим из датчика типа К001, регистрирующего скорость колебания конструкции, и записывающего устройства (ноутбука). Датчик был установлен в зоне посадки ВС в верхнем слое покрытия на глубине 0,5h по траектории движения основной опоры (эксперимент проведен инж. В.М. Петровым). Конструкция ВПП в зоне посадке ВС была следующая: подстилающий слой основания – песок гравелистый толщиной 0,35÷0,50 м, основание – цементобетон В25 толщиной 0,24 м, нижний слой покрытия – армобетон В25 толщиной 0,16 м и верхний слой покрытия – армобетон В30 толщиной 0,20÷0,27 м.

На рис. 8.18, а, 8.19, а, 8.20, а, 8.21, а представлены кривые скорости колебания аэродромной конструкции при посадке ВС типов Ан-26,

ТУ-154М и АН-124-100.

Рис. 8.18. Кривые колебания аэродромной конструкции при посадке ВС типа Ан-26. Посадочная скорость – 210 км/ч, масса судна – 210 кН