Инструкция по проектированию жестких дорожных одежд

Таблица 5

Интенсивность расчетной нагрузки, ед./сут.

Уровень надежности

Коэффициент прочности К_пр

Более 1000

0,95

1,00

500 — 1000

0,90

0,94

Менее 500

0,80

0,87

Расчетные нагрузки 3.5. Покрытие рассчитывают на воздействие расчетной колесной нагрузки Р, которая определяется умножением нормативной нагрузки на опору (колесо) Р_к на коэффициент динамичности т:

Р = Р_к × m_Д, (1)

а для промышленных дорог, где наблюдаются регулярные перегрузки автотранспорта, с дополнительным учетом коэффициента перегрузки m_nr:

P = P_к × m_Д (2)

Для дорог общей сети Р_к = 50 кН, m_Д = 1,3. Для промышленных дорог Р_к определяется на основе ожидаемого состава транспортных средств, но не менее 50 кН, в период расчетного состояния земляного полотна. Более высокая нагрузка принимается в расчет, если она превышает нормативную на 20 % при интенсивности более 5 % общей перспективной интенсивности.

Для дорог с интенсивностью движения расчетной нагрузки 500 ед./сут и менее величина Р_к принимается на основе ожидаемого состава транспортного потока, но не менее нагрузки на колесо от воздействия построечного транспорта и дорожно-строительных машин (кранов, трейлеров и пр.).

Для нефтепромысловых дорог со сборным покрытием m_Д = 1,25 и m_nr = 1,25.

3.6. Все полосы проезжей части и боковые укрепленные полосы проектируют на одну и ту же нагрузку. Исключением являются полосы дорог с ограничениями по условиям движения по направлениям (дороги карьеров, подъездов к промышленным и строительным объектам).

3.7. Расчетная повторность нагружения N_pt определяется по формуле

, (3)

где N_пр — число проходов автомобилей с приведенной нагрузкой на расчетной полосе движения в первый год эксплуатации;

; (4)

f_пол — коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение транспортного потока по ним (табл. 6); для боковых укрепительных полос f_пол = 0,01; К_i — коэффициент приведения автомобиля с нагрузкой P_i к нормативной Р_к (рис. 8);

Рис. 8. График для определения K_i в зависимости от P_i;

¾ ¾ ¾ с учетом трехосных автомобилей

; (5)

N_i — число проходов автомобилей с нагрузкой (весом) P_i; n_c — количество дней в году с положительной температурой воздуха; q — знаменатель геометрической прогрессии, описывающей ежегодный прирост интенсивности движения; Т — срок службы покрытия до капремонта (см. п. 1.6):

Таблица 6

Число полос движения

Значения f_пол для полосы, считая справа по направлению движения

1-й

2-й

3-й

1

1,00

¾

¾

2

0,55

¾

¾

3

0,50

0,50

¾

4

0,35

0,20

¾

6

0,30

0,20

0,01

3.8. Если на стадия проектирования известны только срок службы Т, категория дороги и соответствующая ей общая суточная интенсивность движения N_c на полосу, достигаемая к сроку Т, и постоянная в течение этого срока, а также дорожно-климатическая зона, то расчетная повторность нагружения определяется по формуле

Npt = TK_N × N_c × n_c, (6)

где K_N — коэффициент перехода от общей интенсивности к интенсивности расчетной нагрузки (автомобиля); для дорог общей сети K_N = 0,25, для промышленных, нефтепромысловых и внутрипромысловых (сельских) дорог K_N = 0,40.

Если исходными являются общие интенсивности движения по полосе к началу (N_нс) и концу (N_кс) срока эксплуатации покрытия, то расчетная повторность нагружения определяется следующим образом:

. (7)

Расчет монолитных цементобетонных покрытий 3.9. Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по формуле

(8)

где К_пр — коэффициент прочности, определяемой в зависимости от категории дороги по табл. 7; — расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе, определяемая по обязательному приложению 1; s_pt — напряжения растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада температуры по толщине плиты.

Напряжения растяжения при изгибе определяют по одной из двух расчетных схем, учитывающих условия контакта плиты с основанием и место расположения нагрузки.

Первая расчетная схема применяется для определения толщины покрытия при условии гарантированной устойчивости земляного полотна и отсутствия неравномерных осадок или выпучивания; характеризуется наличием полного контакта плит с основанием под всей площадью плиты. Расчетное место приложения нагрузки в дорожном покрытии — продольный внешний край в центре по длине плиты.

Вторая расчетная схема применяется для определения расстояния между поперечными швами, а также толщины плит в особых условиях для дорог низких категорий при заданной их длине на участках с ожидаемыми неравномерными осадками или неравномерным пучением земляного полотна.

3.10. По первой расчетной схеме напряжения s_pt (МПа) определяются, исходя из решений теории упругости, по следующей аппроксимирующей зависимости, отражающей наличие контакта плиты с основанием:

, (9)

где Р — расчетная нагрузка, кН; К_м — коэффициент, учитывающий влияние места расположения нагрузки; для неармированных покрытий К_м = 1,5; для покрытий с краевым армированием или площадок с расположением полос наката не ближе чем 0,8 ширины внешнего продольного края покрытия — К_м = 1,0 для продольного направления и К_м = 1,5 для поперечного; К_усл — коэффициент, учитывающий условия работы; К_усл = 0,66; К_шт — коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей К_шт = 1, при отсутствии штырей К_шт = 1,05; h — толщина плиты; K_t — коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления плит, определяемый по табл. 7;

Таблица 7

Дорожно-климатическая

Значения К_t, при толщине плиты, см

зона

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

II

0,95

0,93

0,90

0,87

0,85

0,83

0,80

0,77

0,73

0,70

0,67

III

0,95

0,93

0,90

0,87

0,84

0,92

0,79

0,76

0,72

0,69

0,66

IV

0,94

0,92

0,89

0,86

0,84

0,82

0,78

0,75

0,71

0,68

0,65

V

0,94

0,92

0,89

0,85

0,83

0,81

0,77

0,74

0,70

0,66

0,63

R — радиус отпечатка колеса;

, см (10)

q_ш — давление в шинах, принимаемое равным 0,6 МПа; l_у — упругая характеристика плиты, см;

; (11)

Е и m — модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона, определяемые по обязательному приложению 2; m_о — коэффициент Пуассона основания; Е^э_о — эквивалентный модуль упругости основания; модуль упругости материалов основания определяются по обязательным приложениям 1 и 2.

3.11. При второй расчетной схеме при опирании на основание в ее центральной части по длине полудлина плиты А (см) определяется по формуле

A = 4(R + R × Bh²/60K_cP), (12)

а толщина плиты h (см) на основе формул (8) и (12)

(13)

где Р в кН, h, А и В в см; В — полуширина плиты см; А ³ В, К_с — коэффициент скорости потери ровности основания при ожидаемой общей просадке основания (земляного полотна) более 15 см К_с = 1,2, в остальных случаях — К_с = 1.

3.12. Необходимость устройства швов расширения определяется исходя из допустимых температурных напряжений сжатия (МПа), которые для оценочных расчетов можно принять равными:

(14)

или

, (15)

где у — плотность материала плиты, т/м³; h — толщина плиты, м; A_t = 19 МПа/м.

Из условия сохранения прочности бетона в зоне швов не должно превышать 2 В_вtв.

3.13. Из условия прочности швы расширения устраивают, если допустимые напряжения будут меньше фактических (МПа), определяемых по формуле

, (16)

где с — коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/°С; с = 0,00001 1/°С; Т_макс, Т_исх — максимальная и исходная температура бетона в середине по толщине плиты, °С (см. табл. п. 2.12 обязательного приложения 2).

3.14. Расстояние L_paсш (м) между швами расширения определяется по формуле

, (17)

где d_пр — деформация сжатия прокладки шва расширения, м;

d_пр = В_пр × d_пр/Е_пр, (18)

В_пр — ширина прокладки, м; Е_пр — модуль упругости прокладки, МПа; для деревянных прокладок Е_пр = 8 МПа; s¢_пр — обжатие шва расширения (напряжение при сжатии) МПа; для деревянных прокладок мягких пород s¢_пр =2 МПа; h_np — высота прокладки, м.

h_пр = h - 0,04 (м). (19)

3.15. Диаметр d_шт (см) штырей в швах вычисляют по формуле

, (20)

где Р_шт — часть расчетной нагрузки на колесо, воспринимаемой штыревым соединением;

; (21)

w_шт — податливость штырей при нагружении, мм; для швов сжатия w_шт = 1,5 мм, для швов расширения — w_шт = 2 мм; w_пл — расчетный прогиб края плиты от действия нагрузки, мм; для песчаного и щебеночного основания w_пл = 5 мм, для цементогрунтового основания — w_пл = 3 мм; А_d — коэффициент длины зоны обжатия бетона в месте входа в него штыря; для швов сжатия А_d = 3, для швов расширения А_d = 1,5; R_и — средняя прочность бетона на сжатие, МПа: допускается принимать R_u @ 8В_вtв; п — количество штырей на полосе наката или на длине l_у; К_д — коэффициент запаса, равный 0,75.

3.16. Длина штырей составляет 20d плюс допуск, равный 5 см, плюс прибавка на установку температурного колпачка (5 см) и на ширину шва (3 см для швов расширения).

Диаметр штырей в продольных швах определяется из требуемой площади поперечного сечения F_а (см²/м) арматуры:

, (22)

где f — коэффициент трения—сцепления плиты с основанием; принимается f = 1,5, i — поперечный уклон, доли единицы; i = 0,05; R_s — расчетное сопротивление арматуры по СНиП 2.03.01-84; кгс/см²; В, h в см; у в т/м³.

Длина гладких штырей в продольных швах равна 40d_шт + 5 см, из стержней периодического профиля — 35d_шт + 5 см, при диаметре шпилек для крепления штырей 8 — 10 мм и при надежной приварке их к штырям — 22d_шт + 5 см

Расчет асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием 3.17. Толщину верхнего слоя покрытия определяют из условия работы на прочность при действии расчетной нагрузки по формуле, отражающей растяжение асфальтобетона в поперечном направлении в призме шириной поверху 2R, понизу (2R + 2h_a) и высотой h_а:

, (23)

где R_d — сопротивление асфальтобетона на растяжение при изгибе (см. обязательное приложение 2); К_уа — коэффициент усталости (учитывающий многократное приложение нагрузки в течение суток) (см. обязательное приложение 2); m_а — коэффициент Пуассона для асфальтобетона; С_а — сцепление между слоем асфальтобетона и цементобетона, не превышающее сцепление внутри слоя асфальтобетона (допускаемое напряжение по сдвигу). При отсутствии гарантированного сцепления принимается С_а = 0.

3.18. Толщину нижнего слоя покрытия рассчитывают из условия прочности:

, (24)

где s_р — вычисляется по формуле (9) при К_t = 1, при К_м, определяемом исходя из условий эксплуатации и пояснений к этому коэффициенту (см. п. 3.10).

Толщина слоя при этом определяется в зависимости от величины сцепления между слоями асфальто- и цементобетона.

При гарантированном надежном во времени сцеплении учитывается совместная работа слоев на изгиб, при которой расчетная или эквивалентная толщина слоя

, (25)

где h — толщина нижнего слоя из цементобетона; h_a — толщина верхнего слоя из асфальтобетона; Е_а — расчетный модуль упругости асфальтобетона (см. обязательное приложение 2).

Если сцепление верхнего слоя с нижним или работа верхнего слоя на изгиб не гарантируется, то расчетную толщину принимают равной толщине нижнего слоя из цементобетона h, но при этом радиус отпечатка колеса увеличивается на толщину верхнего слоя.

При работе нижнего слоя без верхнего в течение более 2 мес. расчет ведут как для однослойного покрытия с учетом повторности нагружения в течение срока службы без верхнего слоя.

Длину плит назначают равной 15 м, продольный шов предусматривают при ширине покрытия 9 м и более. Все швы устраивают без штырей.

3.19. Напряжение s_t (от перепада температур по толщине нижнего слоя определяют по формуле

, (26)

где

, (27)

A_n — перепад температуры в течение суток на поверхности асфальтобетонного покрытия, °С, определяемый в зависимости от района строительства по обязательному приложению 2; w — угловая частота суточных колебаний температуры, рад./ч; w = 0,26 рад./ч; а_ta, а_tб — коэффициенты температуропроводности соответственно асфальтобетона и цементобетона; а_ta = 0,002 м²/ч; а_tб = 0,004 м²/ч.

Расчет колейных покрытий 3.20. Расчет колейных покрытий ведется так же, как и цементобетонных. Изгибающий момент в колейных покрытиях определяют с учетом ширины колей, используя существующие методы расчета балок на упругом и упругопластическом основании, учитывая перераспределение реакций отпора основания за счет его пластических деформаций под торцами плит и приложение нагрузки через штамп (см. ниже расчет сборных покрытий из плит).

Расчет сборных покрытий из плит 3.21. Расчет сборных покрытий из плит ведется на действие колесных и монтажных нагрузок. Неравномерное опирание плит на основание при укладке их на неровное и слабое основание, при температурном короблении плит или при неравномерном морозном выпучивании основания учитывают путем умножения нагрузки Р на коэффициент К, который принимается для предварительно-напряженных несочлененных плит длиной до 6 м или для элементов сочлененных плит длиной не более 2 м равным 1,1, для железобетонных плит длиной более 2 м — по расчету при неполном опирании плит на основание.