Расчет на прочность

1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (3.6):

, где К_с = 29,8 (Приложение 6 табл. П.6.3).

Т_рдг = 125 дней (табл. П.6.1), К_n = 1,49 (табл. 3.3)

авт.

2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:

- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.9);

- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.6);

- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.6).

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет упруг. прогибу, Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоуст., Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе
Е, МПа	Ro, МПа	a	m
1.	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90					9,80	5,2	5,5
2.	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90					8,0	5,9	4,3
3.	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90					5,65	6,3	4,0
4.	Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь					-	-	-
5.	Супесь пылеватая Wo = 0,7WТ	-				-	-	-

3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:

1)

по Приложению 1 табл. П.1.1 р = 0,6 МПа, D = 37 см

МПа

2)

МПа

3)

МПа

4)

Е_общ = 0,165×3200 = 528 МПа

5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):

Е_тр = 98,65[lg(SN_p) - 3,55] = 98,65[lg 7179494 - 3,55] = 326 МПа

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,30 (табл. 3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустройчивости в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):

Т =

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при W_p = 0,7W_Т и SN_p = 7 179.494 авт.) Е_н = 46 МПа (табл. П.2.4), j = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.4).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).

МПа.

По отношениям и и при j = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,015 МПа.

Таким образом: Т = 0,015×0,6 = 0,009 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14), где С_N = 0,004 МПа, К_д = 1,0.

Z_оп = 4 + 8 + 22 + 26 = 60 см.

j_ст = 35° (Приложение 2 табл. 2.4)

y_cp = 0,002 кг/см²

Т_пр = 0,004 + 0,1×0,002×60×tg 35° = 0,0123,

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа.

, что больше (табл. 3.1).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.

Е_н = = 122 МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя (h_в = 34 см) устанавливаем по формуле (3.12)

МПа

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 определяем = 0,75.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):

= 0,75 0,6 0,85 = 0,38 МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):

при R_o = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1)

v_R = 0,10 (табл. П.4.1)

t = 1,71 (табл. П.4.2)

- (формула 3.18)

m = 4; a = 6,3 (табл. П.3.1); SN_p = 7 179 494 авт.;

k₂ = 0,85 (табл. 3.6)

R_N = 5,65×0,122×0,85(1 - 0,1×1,71) = 0,49 МПа

г) = 1,41, что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Проверка конструкции на морозоустойчивость

Материал	Толщина слоя hод(i), м	Коэффициент теплопроводности -lод(i) Вт/(мК) (Табл. П.5.1)
Плотный асфальтобетон	0,04	1,40
Пористый асфальтобетон	0,08	1,25
Высокопористый асфальтобетон	0,22	1,05
Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь	0,26	2,02

1. По карте рис. 4.4. находим среднюю глубину промерзания z_пр(сp) для условий г. Москвы и по формуле (4.3) определяем глубину промерзания дорожной конструкции z_пр:

z_пр = z_пр(cp)×1,38 = 1,4×1,38 = 1,93 м» 2 м.

2. Для глубины промерзания 2 м по номограмме рис. 4.3 по кривой для сильнопучинистых грунтов определяем величину морозного пучения для осредненных условий:

l_пр(ср) = 8,5 см.

По таблицам и графикам находим коэффициенты К_УГВ = 0,61 (рис. 4.1): К_пл = 1,2 (табл. 4.4); К_гр = 1,1 (рис. 4.5); К_нагр = 0,92 (рис. 4.2); К_вл = 1,1 (рис. 4.6).

По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции:

l_пуч = l_пуч(ср)×К_угв×К_пл×К_гр×К_нагр×К_вл = 8,5×0,61×1,2×1,1×0,92×1,1 = 6,9 см.

Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины.

3. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения l_доп = 4 см.

Для этого определяем величину морозного пучения для осредненных условий, при которой пучение для данной конструкции не превышает 4 см:

l_пуч.ср = l_(доп)/(К_угв×К_пл×К_гр×К_нагр×К_вл = 4:(0,61×1,2×1,1×0,92×1,1) = 4,9 см.

По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды h_од = 0,92 м, отсюда толщина морозозащитного слоя h_мрз = 0,92 - 0,60 = 0,32 м.

Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (Табл. П.5.1). Задаемся h_мрз = 0,30 м.

4. Для использования в морозозащитном слое назначаем мелкозернистый песок с коэффициентами теплопроводности l_г = 1,91 Вт/(мК) и l_м = 2,32 Вт/(мК) соответственно в талом и мерзлом состояниях и определяем l_ср:

l_ср = (0,91 + 2,32)/2 = 2,12 Вт/(мК).

5. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя

= 0,04: 1,40 + 0,08: 1,25 + 0,22: 1,5 + 0,26: 2,2 = 0,43 (м² К/Вт).

6. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V.

7. По табл. 4.9 находим С_пуч = 1,35.

8. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды h_од = 0,90 м для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем С_р = 0,61.

9. Вычисляем отношение l_доп/(С_пуч×С_р) = 4/(1,35×0,61) = 4,9 см.

10. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление R_пp = 0,60 (м²К/Вт).

11. По табл. 4.7 К_од = 1,0; К_увл = 1,0 (п. 4.11); d = 0.95.

12. По формуле (4.8) R_од(тр) = R_пр×К_од×К_увл×d = 0,57 (м²К/Вт).

13. По формуле (4.6) h_мз = (R_од(тр) - R_од(о)×l_мрз = (0,57 - 0,43)×2,12 = 0,29 м.

14. Поскольку разница между полученным и заданным значениями h_мз не превышает 5 см, принимаем h_мз = 0,30 м.