Материал: 2308

z, см

Рис. 9.4. Распределение напряжений и прогибов по толщине конструкций при действии подвижной нагрузки группы А1 (100 кН на ось) и нагрузки от самолета «Боинг 747-40» (463,4 кН на опору)

Из них следует, что одна и та же конструкция, устроенная на автомагистрали и взлетно-посадочной полосе аэродрома, испытывает на последней более сложное и тяжелое динамическое деформационное состояние (ДДС), проявляющееся в том, что при увеличении на неё подвижной колесной нагрузки лишь в 4,63 раза динамический прогиб (вертикальные колебания) увеличивается в 22 раза, скорость колебаний – в 120 раз, а ускорение – в 80 раз.

Кроме этого, из рис. 9.2, 9.3 и 9.4 следует, что принятая для расчета конструкция:

-пригодна для дороги только III категории, т.к. динамический прогиб

в0,38 мм меньше допустимого в 0,406 мм (см. табл. 9.1);

-непригодна для устройства ВПП аэродрома, т.к. динамический прогиб в 6,5 мм от самолета «Боинг 747-400» больше допустимого в 1,66 м (см. табл. 9.2) и поэтому требуется увеличение толщины конструкции;

-допускает проникновение заметных динамических напряжений сжатия от автомобильной нагрузки А1 (100 кН на ось) на глубину 129 см, а от самолетной «Боинг 747-400» – на глубину 171 см. Вместе с этим высокочастотные колебания локализованы в основном в покрытии и основании конструкции;

-форма вертикальных перемещений конструкции, её затухающий во времени характер совершенно не адекватны статической теории изгиба плит и многослойных сред.

9.1.Комбинаторный метод расчета толщины дорожных

и аэродромных конструкций

Общим гарантом устойчивости слоистой дорожной или аэродромной конструкции при выполнении условия (9.1) является конкретная толщина слоев конструкций, эквивалентная по способности изгибаться под нагрузкой одному из слоев (нижнему или верхнему). Это виртуальная величина, измеряемая в единицах толщины (см, м) и называемая эквивалентной толщиной слоистой конструкции.

Для двухслойной конструкции с толщиной первого слоя h1 и модулем упругости E1, лежащем на слое бесконечной толщины с модулем упругости Е0, эквивалентная толщина составит

Нэ h1 3E1 E0 .

Для конструкции из М числа слоев и нижним бесконечным слоем

Для современных нагрузок на дороги I–III категорий (нагрузки группы А1 – 100 кН на ось), а также для категорий нагрузок на ВПП аэродромов от современных самолетов эквивалентная толщина конструкций нормирована на рис. 9.5. Назначение эквивалентной толщины из рис. 9.5 производится умножением на коэффициент ψ, учитывающий расчетную влажность и вид грунтов в основании дорожной или аэродромной конструкции.

Таблица 9.3

Значение коэффициента ψ

Эквивалентная толщина из рис. 9.5 может быть представлена и как эквивалентная свойствам покрытий дорог и аэродромов. Для этого эквивалентная толщина конструкции с асфальтобетонными покрытиями и дискретными основаниями уменьшается в 4,95 раза, а с цементобетонными покрытиями и укрепленными цементом основаниями – в 9 раз. При этом в формулах табл. 9.4 вместо модуля упругости грунтового основания Е0 используют модуль упругости покрытия Е1.

Расчет толщины каждого слоя многослойной конструкции при известной эквивалентной толщине Нэ производится по формулам табл. 9.4 путем последовательного придания толщинам других слоев постоянных значений. Это дает возможность рассчитать значительное количество равнопрочных вариантов конструкций. Количество вариантов многократно увеличивается при расширении набора применяемых материалов. При этом возможны многочисленные комбинации соотношений толщин и свойств материалов дорожных конструкций и сам расчет становится комбинаторным.

Независимо от результатов расчета и для предварительного назначения толщин слоев конструкции она должна быть не менее:

- в покрытии верхний слой h1 из плотного асфальтобетона – 4–6 см; из цементобетона – 14–28 см;

- в покрытии нижний слой h2 из пористого асфальтобетона – 6–12 см; из цементобетона – 14–28 см;

- в основании слой h3 из дискретных материалов – 12–36 см;

из укрепленных грунтов и каменных материалов – 16–32 см;

- подстилающий слой h4 из дренирующих материалов (пески и т.п.) – 20–50 см.

.

Пример 1. Рассчитать толщину щебеночного основания дороги II категории с покрытием из плотного асфальтового бетона типа Б (смесь I марки) трех вариантов: толщиной 10, 14 и 18 см, песчаного подстилающего слоя из среднезернистого песка толщиной 30 см и при расчетной относительной влажности суглинка тяжелого в земляном полотне 0,8.