Курсовая работа (т): Проектирование дорожной одежды в Новосибирской области

3. Расчет нежесткой дорожной одежды на прочность

.1 Расчет по допустимому упругому прогибу

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:

 ³ k_пр

где Е_об - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

Е_тiп - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;

=1,38 - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (см. п. 3.6 и табл. 3.1) [2].

)

 = ;  =  = 1,08

по номограмме рис. 3.1. [2] находим

 = 0,65; = 65 МПа.

)

 = ;  =  = 0,70

по номограмме рис. 3.1. [2] находим

 = 0,344; = 154,8 МПа.

)

 = ;  =  = 0,54

по номограмме рис. 3.1. [2] находим

 = 0,44; = 264 МПа.

)

 = ;  =  = 0,22

по номограмме рис. 3.1. [2] находим

 = 0,249; = 348,6 МПа.

)

 = ;  =  = 0,16

по номограмме рис. 3.1. [2] находим

 = 0,178; = 427,2 МПа.

 = = 1,43 ³ k_пр=1,38

следовательно, условие прочности выполняется.

3.2 Расчет на прочность по сдвигоустойчивости

Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:

 ³ k_пр

где К_р - требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности (см. табл. 3.1) [2];

Т_доп - расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки (п. 3.34) [2];

Т_расч - предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг (п. 3.35) [2].

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:

,

где п - число слоев дорожной одежды;

E_i - модуль упругости i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя.

Заменяем двухслойной системой:

Е_общ =  = 350,8 МПа.

 =  = 10,96;  =  = 2,70; φ = 2,5;

по номограмме рис. 3.3[2] определяем  = 0,013.

Т_расч = 0,013*0,6 = 0,008 Мпа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяют по формуле:

T_доп = с_Nk_д + 0,1g_срz_опtgj_СТ, (3.14)

где с_N =0,002- сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), Мпа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл. П.2.6 или табл. П.2.8);

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе “основание - песчаный слой” разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

1,0 - во всех остальных случаях.

Z_оп = 100 см- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

g_ср = 0,003- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³;

j_СТ =13 - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

T_доп = 0,002*1,0+0,1*0,003*100*tg(13) = 0,009 Мпа.

 =  = 1,13 ³ k_пр = 1,10

Следовательно, условие прочности выполняется.

3.3 Расчет на прочность по сдвигоустойчивости основания из мелкого песка

 ³ k_пр

= 65 Мпа.

Е_общ =  = 518 Мпа.

 =  = 7,97;  =  =1,62; φ= 25;

по номограмме рис. 3.3[2] определяем  = 0,016.

Т_расч = 0,016*0,6 = 0,009 Мпа

T_доп = с_Nk_д + 0,1g_срz_опtgj_СТ

T_доп = 0,002*3,0+0,1*0,003*60*tg(11) = 0,01 Мпа.

 =  = 1,11 ³ k_пр = 1,10

Следовательно, условие прочности выполняется.

3.4 Расчет прочности на растяжение при изгибе

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.), возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:

 ³ k_пр

R_N - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

s_r - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом.

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к_в = 1,00);

р - расчетное давление, принимаемое по табл. П.1.1 Приложения 1[2].

R_N = R_ok₁k₂(1 - v_R×t);

R_o = 7,8- нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (Приложение 3, табл. П.3.1) [2];

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ = 0,80- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл. 3.6) [2];

v_R = 0,1- коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4) [2];

t = 2,19- коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4) [2].

где SN_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое по формуле (3.6) или (3.7) с учетом числа расчетных суток за срок службы (см. Приложение 6) [2];

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (Приложение 3, табл. П.3.1) [2];

a - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по табл. П.3.1[2].

K₁ = 0,17

заменяем двухслойной системой:

Е_{общ.осн.} =264 Мпа ( пункт 3.1)

Е_ср =  = 2800 Мпа.

 =  10,60;  =  = 0,38;

По номограмме рис. 3.4[2] определяем = 1,5;

σ = 1,5*0,6*0,85 = 0,76.

R_N = 7,8*0,17*0,80*(1-0,1*2,19) = 0,83.

 =  = 1,10 ³ k_пр = 1,10

Следовательно, условие прочности выполняется.

3.5 Расчет дренирующего слоя

Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов. На участках с земляным полотном и слабофильтрующих грунтов пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глинистых грунтов III зоне - при 2-й и 3-й схемах, в IV и V зонах - только при 3-й схеме (табл. 5.1) [2].

Целью расчета дренажной конструкции является определение требуемой толщины дренирующего слоя из дискретных материалов.

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:

h_п = h_нас + h_зап,

где h_нас - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

h_зап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15 м и мелких 0,18-0,20 м. Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения величину h_нас устанавливают с помощью номограмм рис. 5.1 и 5.2 в зависимости от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 м² q_p, определяемой по формуле:

q_p = qК_пК_гК_вогК_р : 1000, [м³/м²],

где q = 3,5 - осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, м³/м² (табл. 5.3) [2];

К_п = 1,6- коэффициент “пик”, учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.4) [2];

К_г = 1,2- коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 5.4) [2];

К_вог = 1,0 - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис. 5.3[2];

К_р = 1,0 - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 5.5) [2].

Q_p= 3,5*1,6*1,2*1,0*1,0/1000 = 0,007 [м³/м²],

h_п = 0,05+0,20 = 0,25 м.

следовательно, принятая толщина дополнительного слоя основания удовлетворят требованиям на дренажные свойства.

.1 Выбор конструктивных слоев и материалов

Цель конструирования жесткой дорожной одежды - выбрать материалы, определить количество слоев и их размещение по глубине.

К жестким дорожным одеждам относят цементобетонные и железобетонные покрытия и основания, которые хорошо сопротивляются растягивающим напряжениям, возникающим при их прогибах под нагрузкой от автомобилей. Прочностные и деформативные свойства таких одежд практически не зависят от действия температуры.

При конструировании необходимо предусматривать обеспеченность района строительными материалами и максимально использовать их.

Для максимального использования местных строительных материалов, в качестве дополнительного слоя основания (который будет служить в качестве дренирующего и морозозащитного слоя) используем доменный шлак «Новолипецкого металлургического комбината». В соответствии с исходными и расчетными данными (интенсивностью движения, ДКЗ, категории дороги), используя методические указания по проектированию жестких дорожных одежд, назначаем предварительную толщину покрытия h_п = 22 см. таблица 1[6].