Расчет по условию сдвигоустойчивости

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации, т.е. должно обеспечиваться условие, формула 6.

Таблица 10

Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности

Тип дорожной одежды	Капитальный	Капитальный и облегченный	Капитальный, облегченный, переходный	Облегченный, переходный
Категория дороги	I	II	III	IV	V
Предельный коэффициент разрушения	0,05	0,10 и 0,15	0,10 и 0,15 и 0,40	0,15 и 0,40
Заданная надежность	0,98	0,95	0,98	0,95	0,98	0,95	0,90	0,95	0,90	0,85	0,80	0,95	0,90	0,80	0,70
Требуемый коэффициент прочности по критерию:	упругого прогиба	1,50	1,30	1,38	1,20	1,29	1,17	1,10	1,17	1,10	1,06	1,02	1,13	1,06	0,98	0,90
сдвига и растяжения при изгибе*)	1,10	1,00	1,10	1,00	1,10	1,00	0,94	1,00	0,94	0,90	0,87	1,00	0,94	0,87	0,80

Примечания: 1. Большие значения соответствуют более капитальному типу дорожной одежды;

2. *⁾ – Дорожные одежды переходного типа для дорог V категории по критерию растяжения при изгибе не рассчитывают.

Рис. 1. Номограмма для определения общего расчетного модуля упругости двухслойной системы .

, (6)

где – требуемое минимальное значение коэффициента прочности, табл. 10;

Т – расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки;

– предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг.

При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимают грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего – всю дорожную одежду. Толщину верхнего слоя принимают равной сумме толщин слоев одежды ().

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:

, (7)

где n – число слоев дорожной одежды;

– модуль упругости i -го слоя;

– толщина i -го слоя.

При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания с помощью номограммы рис. 2 нижнему слою двухслойной модели условно присваивают обычные характеристики песчаного слоя (, ), а модуль упругости принимают равным общему модулю на поверхности песчаного слоя, полученному в расчете по допускаемому упругому прогибу; толщину верхнего слоя модели принимают равной общей толщине слоев, лежащих над песчаным.

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига (Т) вычисляют по формуле:

, (8)

где – удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h_в/D= 0¸2,0)

Рис. 3. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h_в/D =0¸4,0)

При пользовании номограммой для определения величину принимают для случая воздействия динамической нагрузки (с учетом числа приложений), (см. Приложение 2. табл.П.2.4 и П.2.6).

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

, (9)

где – сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), прил. 2, табл. П.2.1, П.2.3;

– 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 равным:

4,5 – при использовании в песчаном слое крупного песка; 4,0 – песка средней крупности; 3,0 – мелкого песка; 2,0 – при устройстве нижнего слоя несущего основания из неукрепленных материалов; 1,0 – при глинистом грунте земляного полотна.

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

– средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³, табл. П.4.1;

– расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Во всех случаях в качестве расчетных значений угла внутреннего трения грунта и малосвязных слоев используют его значения, отвечающие расчетному суммарному числу воздействия нагрузки за межремонтный срок , формула 2.

Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна, а также в песчаных материалах промежуточных слоев дорожных одежд ведут в следующей последовательности:

1) по табл. П.3.2 назначают расчетные модули упругости для слоев из асфальтобетона; по табл. П.2.1 и П.2.3 прил. 2 – расчетные прочностные характеристики и с грунта земляного полотна и песка промежуточного слоя одежды. Остальные расчетные характеристики грунта и материалов остаются теми же, что и в расчете по упругому прогибу;

2) по рис. 2 или рис. 3 определяют активные напряжения сдвига от единичной временной нагрузки. Многослойную конструкцию приводят к двухслойной;

3) по формуле 8 вычисляют в грунте земляного полотна или в песчаном слое одежды;

4) по формуле 9 вычисляют предельное напряжение сдвига;

5) по формуле 6 проверяют выполнение условия прочности. При необходимости, изменяя толщины конструктивных слоев, подбирают конструкцию, удовлетворяющую условию формулы 6.