РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ МОНОЛИТНЫХ СЛОЕВ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ ОТ РАСТЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.), напряжения, возникающие при прогибе одежды 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:

,                                                  (10)

где  – требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности, табл. 10;

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

 – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое устанавливаемое расчетом.

Наибольшее растягивающее напряжение  при изгибе в монолитном слое определяют с помощью номограммы (рис. 4), приводя реальную конструкцию к двухслойной модели. К верхнему слою модели относят все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый. Толщину верхнего слоя модели  принимают равной сумме толщин, входящих в пакет асфальтобетонных слоев ( ).

Значение модуля упругости верхнего слоя модели устанавливают как средневзвешенное для всего пакета асфальтобетонных слоев по формуле 7.

Нижним (полубесконечным) слоем модели служит часть конструкции расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы рис. 1.

При использовании номограммы рис. 4 расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле:

,                                          (11)

где  – растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, рис. 4;

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

р – расчетное давление, равное 0,6 МПа.

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле:

,                                    (12)

где  – нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, табл. П.3.1;

 – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки, формула 13;

 – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов, табл. 11;

 – коэффициент нормативного отклонения, зависит от требуемого уровня надежности , табл. 11.

Таблица 11
Материал расчетного слоя
Асфальтобетон – Высокоплотный – Плотный I марки II марки III марки – Пористый и высокопористый Органоминеральные смеси	1,00 0,95 0,90 0,80 0,80 0,80		0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 0,98	0,52 0,68 0,84 1,06 1,32 1,71 2,19

Рис. 4. Номограмма для определения растягивающего напряжения  при изгибе в верхнем монолитном слое двухслойной системы

/ ,                                                    (13)

где  – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (Прил. 3, табл. П.3.1);

 – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах испытаний, табл. 7.

Расчеты на усталостную прочность выполняют в следующем порядке:

1) приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют отношения

h_в /D; E_в /E_пр.

2) по полученным параметрам по номограмме рис. 4 находят значение , и по формуле 11. вычисляют расчетное растягивающее напряжение;

3) вычисляют предельное растягивающее напряжение по формуле 12. В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение  принимают значение, отвечающее материалу нижнего слоя асфальтобетонного пакета;

4) проверяют условие 10 и при необходимости корректируют конструкцию.

7. ПРОВЕРКА НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие

,                                                       (14)

где  – расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

 – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, табл. 14.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

,                          (15)

где  – величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рис. 7 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (табл. 12) и глубины промерзания ( );

 – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод ( ) (рис. 6); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной = 0,43;

 – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя, табл. 15;

 – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки, табл. 15;

 – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания, рис. 6;

 – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта, табл. 15.

Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле:

,                                                  (16)

где  – средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний, рис. 5.

При глубине промерзания дорожной конструкции до 2 м  устанавливают по графикам рис. 7. При  от 2,0 до 3,0 м  вычисляют по формуле:

,                                (17)

где  – величина морозного пучения при = 2,0 м;

а=1,0; b=0,16; с=2,0 при 2,0 < <2,5;

а=1,08; b=0,08; с=2,5 при 2,5 < <3,0.

Рис. 5. Карта изолиний глубины промерзания грунтов

Таблица 12

Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании [2]

Таблица 13

Группы грунтов по степени пучинистости [2]

Таблица 14