3 Определение основных технических нормативов строящейся автомобильной дороги

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 9

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

В соответствии с генпланом строящейся автомобильной дороги устанавливаем категорию и определяем технические нормативы по СП 42.13330.2011 [1].

Данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Нормативы строящейся автомобильной дороги

4Расчет конструкции дорожной одежды

4.1 Исходные данные

Проектируем дорожную одежду по ОДН 218.46-01 [5] и принимаем аналог категории дороги согласно СП 34.13330.2012 [2] при следующих исходных данных:

- область проложения автомобильной дороги – город Новомосковск (III₁ дорожно-климатическая зона);

- категория дороги – III (N_p = 2100 авт/сут) [2];

-ежегодный рост интенсивности движения – 1,02 %;

-грунт рабочего слоя земляного полотна – супесь легкая;

- коэффициент уплотнения – 0,97-0,95;

- схема увлажнения – 1;

- модуль упругости щебеночного основания E_щеб = 250 МПа;

- песок мелкий E_п = 100 МПа; h_п = 20 см;

- глубина залегания грунтовых вод – более 4 м;

- процент автомобилей грузоподъемности:

от 1 до 2 т – 46 %;

от 2 до 6 т – 27 %;

от 6 до 8 т – 16 %;

> 8 т – 6%;

автобусов – 3 %;

тягачей – 2 %.

Проверяем принадлежность дороги к категории по приведенным автомобилям, выбирая коэффициенты приведения по [2]:

N_{р прив} = 2100 · (0,46 · 1,3 + 0,27 · 1,4 + 0,16 · 1,6 + 0,06· 1,8 + 0,03 · 1,4 + 0,02 ×× 2,67) = 3017ед/сут.

Категория дороги – III (приведенная интенсивность III категории от 2000 до 6000 приведенных единиц в сутки) [2].

4.2 Расчет на прочность

Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы∑N_р, авт., по формуле

∑N_р = 0,7 · N_р · · Т_рдг · k_n,

где N_р – приведенная интенсивность на последний год срока службы, ед/сут;

n – число марок автомобилей;

Т_рдг – расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с приложением 6 [5]);

k_n – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 3.3 [5]);

K_c – коэффициент суммирования (приложение 6, табл. П.6.5 [5]):

К_с = 17,2 – (17,2 – 10,9) / (15 – 10) ∙ (15 – 12) = 17,2 – 3,78 = 13,42;

q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам;

Т_сл – расчетный срок службы (приложение 6, табл. П.6.4 [5]).

N_р = f_пол ∙ ,

где f_пол – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, определяемый по табл. 3.2 [5];

N_m – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

S_m – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Q_расч, определяемый в соответствии с приложением 1 [5].

N_р = 1,00 ∙ (2100 ∙ 0,46 ∙ 0,005 + 2100 ∙ 0,27∙ 0,2 + 2100 ∙ 0,16 ∙ 0,7 + 2100 ∙ 0,06 × × 1,25 + 2100 ∙ 0,03 ∙ 0,7 + 2100 ∙ 0,02 ∙ 1,5) = 1,00 · (5 + 113 + 235 + 158 + 44 + 63) = 1,00 × × 618 = 618 ед/сут.

∑N_р = 0,7 · 618 · · 125 · 1,38 = 805430 авт.

4.3Предварительное назначение конструкции и значения расчетных параметров

Предварительно назначаем конструкцию и значения расчетных параметров для:

- расчета по допускаемому прогибу (приложение 2, табл. П.2.5; приложение 3, табл. П. 3.2; приложение 3, табл. П. 3.9 [5]);

- расчета по условию сдвигоустойчивости (приложение 3, табл. П.3.2; приложение 3, табл. П. 3.6 [5]);

- расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению при изгибе (приложение 3, табл. П.3.1; приложение 3, табл. П. 3.6 [5]).

Результаты оформляем в виде таблицы 2.

Таблица 2 – Характеристики материалов для расчетов

Предварительно назначаем толщину слоев, содержащих органическое вяжущее: минимальная толщина (h_min)для капитального типа дорожной одежды составляет 15 см. Принимаем h₁ = 3 см; h₂ = 5 см; h₃ = 8 см.

Находимо по табл. П. 2.1 [5] среднее значение влажности W_таб от W_T = 0,55.

Находим по табл. П. 2.5 [5] значение модуля упругости для супеси легкой при относительной влажности грунта W/W_m = 0,55. Е_гр = 60 МПа.

4.4Расчет по допускаемому упругому прогибу

Требуемый модуль упругости Е_тр, МПа, определяем по формуле (3.9)[5]:

Е_тр = 98,65∙[log (∑ N_p) – 3,55]=98,65∙[log805430 – 3,55] = 98,65∙ 2,356 ≈ 232 МПа.

Сравниваем полученный требуемый модуль упругости с табл. 3.4 [5].

Е_тр = 224 МПа >Е_тр.таб. = 200 МПа. Принимаем к расчету Е_тр = 224 МПа.

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно вниз, начиная с верхнего слоя:

= =0,72; = = 0,081. По номограмме на рис. 3.1 [5] находим отношение = 0,065. Отсюда = 0,065 ∙ 3200 = 208 МПа.

= =0,104; = = 0,135. По номограмме на рис. 3.1 [5] находим отношение = 0,085. Отсюда = 0,085 ∙ 2000 = 170 МПа.

= =0,085; = = 0,216. По номограмме на рис. 3.1 [5] находим отношение = 0,055. Отсюда = 0,055 ∙ 2000 = 110 МПа.

= =0,60; = = 0,54. По номограмме на рис. 3.1 [5] находим отношение = 0,73. Отсюда = 0,73∙100 = 73 МПа.

= =0,29; = =0,44. По номограмме на рис. 3.1 [5] находим отношение = 0,49. Отсюдаh = 0,49∙37 = 18,13см.

Принимаем толщину щебеночного слоя 19 см.

Расчет по допускаемому упругому прогибу представлен в виде расчетной схемы на рисунке 1.

Е_тр = 232МПа

Е¹_тр = 208МПа

3 Е₁ = 3200 МПа Е^II_тр = 170МПа

5 Е₂ = 2000 МПа Е^III_тр= 110 МПа

8 Е₃ = 2000 МПа

19 Е₄ = 250 МПа

20

Е_п=100 МПа

Е_гр = 60 МПа

Рисунок 1 – Расчетная схема

4.5Расчет конструкции на сдвигоустойчивость

Действующие в грунте активные напряжения сдвигаT, МПа, вычисляются по формуле

T = ∙p,

где – удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм на рис. 3.2 и рис. 3.3 [5];

p – расчетное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь легкая) со следующими характеристиками (W/W_m = 0,55; ∑N_р= 805430авт.).

Е_гр = 60 МПа; φ = 12˚; С = 0,005 МПа (табл. П. 2.4 [5]).

Модули упругости верхнего слоя моделиЕ_с, МПа, вычисляем по формуле, где значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 [5] при расчетной температуре +20 ℃ (табл. 3.5 [5]).

Е_с = ≈ 509 МПа.

= =8,48; = = 1,49 и при φ = 12˚ с помощью номограммы (рис. 3.3 [5]) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки = 0,026 МПа.

Таким образом, T = 0,026 ∙ 0,6 = 0,015 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр, МПа, в грунте рабочего слоя определяем по формуле

Т_пр = С_N ∙K_ꝺ + 0,1 ∙ γ_ср∙Z_оп ∙ tg∙ φ_ст,

где K_ꝺ – 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_ꝺ 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 – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

γ_ср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³;

φ_ст – расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки(∑ N_p = 1, табл. П. 2.4 [5]). С_ст = 0,012; φ_ст = 12˚;

С_N – 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[5]).

Z_оп = 3 +4 +8 + 19 + 20 = 55 см.

Т_пр = 0,014∙3,0+0,1∙0,002∙55∙tg36˚ = 0,053+0,088=0,141,

где 0,1 – коэффициент перевода в МПа.

К_пр = = = 7,83 МПа, что больше = 0,94 МПа (табл. 3.1 [5]).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

4.5Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчёт выполняем в следующем порядке:

- приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели – часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание, подстилающий слой из песка и грунт рабочего слоя. Требуемый модуль упругости на поверхности четвертого слоя = 110 МПа. К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои. Модуль упругости верхнего слоя Е_в, МПа, устанавливаем по формуле

Е_в = ≈ 2213 МПа.

- по отношению = =20,12; = = 0,43 и по номограмме (рис. 4.1 [5]) определяем _р= 1,8 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение σ_р, МПа, вычисляем по формуле (3.16) [5]

σ_р = _р∙ р ∙К_в,

где _р – растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме (рис.3.4)[5];

р – расчетное давление, принимаемое по табл.П.1.1[5];

К_в – коэффициент, учитывающий особенности напряжения состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимаем равным 0,85 (при расчете на однобалочное колесо К_в= 1,0).

σ_р = 1,8 ∙ 0,6 ∙ 0,85 = 0,918 МПа.

- вычисляем предельное растягивающее напряжениеR_N, МПа, по формуле 3.17 [5]

R_N = R₀ ∙ k₁∙k₂∙ (1 – v_R∙t),

где R₀ – 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[5]);

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

k₂ – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл. 3.6[5]). k₂ = 0,8;

v_R – коэффициент вариации прочности на растяжение (приложение 4[5]);

t – коэффициент нормативного отклонения (приложение 4[5]). t=1,32 при К_Н =0,90 (табл.3.1[5]).

Коэффициент k₁, оказывающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляем по формуле

k₁ = ,

где ∑N_р – расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, определяемое по формуле (3.6)[5] или (3.7)[5] с учетом числа расчетных суток за срок службы (приложение 6[5]);

m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (приложение 3, табл. П.3.1[5]);

α – 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 [5]. α = 6,5.

k₁ = = 0,254.

R_N = 5,5 ∙ 0,254∙0,80∙ (1 – 0,1 ∙ 1,86) = 0,97.

= =1,05, что больше, чем = 0,94 МПа (табл. 3.1 [5]. Условие ≥ выполнено, следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

4.6Проверка конструкции на морозоустойчивость

По карте рис. 4.4 [5] средняя глубина промерзания Z_пр(ср) для условий Тульской области равна 1,40 м. Определяем глубину промерзания дорожной конструкции Z_прпо формуле 4.3 [5]

Z_пр = Z_пр(ср)∙ 1,38 = 1,40 ∙ 1,38 = 1,93 м.

Для глубины промерзания 1,93 м и номограмме рис. 4.3 [5] по кривой для пучинистых грунтов (супесь легкая) определяем величину морозного пучения для осредненных условий (L_{пуч. (ср)}).

L_{пуч. (ср)} = 6,5 см (от h_д.о. =0,55 м); супесь легкая – IIIгруппа (табл. 4.2 [5]).

По таблицам и графикам коэффициент К_угв = 0,46 (рис. 4.1 [5]). Данные условно показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема корыта и уровня УГВ

H_у = h_угв+ h_нас – h_д.о. – h_а.б. = 4,0 + 0,00 – 0,55 – 0,20 =3,25 см,

где h_угв – уровень грунтовых вод, м;

h_д.о. – толщина дорожной одежды, м;

h_а.б. – возвышение верха борта над асфальтобетонным покрытием (20 см).

Находим коэффициенты для l_пуч:

К_пл– 1,1(табл.4.4[5]);

К_гр – 1,1(табл. 4.5[5]);

К_нагр – 0,85 (рис. 4.2 [5]), Z_пр = 1,93;

К_вл– 1,0 (табл. 4.6 [5]).

По формуле 4.2 [5]находим величину пучения1_пуч для данной конструкции

1_пуч=1_пуч(ср)∙К_угв∙К_пл∙К_гр∙К_нагр∙К_вл=6,5 ∙ 0,46 ∙ 1,1 ∙ 1,1 ∙ 0,85 ∙ 1,0 =3,08 см.

Поскольку для данного типа дорожной одежды допускаемая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 [5] составляет 4см, то морозозащитный слой можно не применять.