Страница 24: ВСН 46-83. . Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа (Отменен - приказ Укравтодора N756 от 15.10.204г.) (41747)

Пример 5. Требуется запроектировать конструкцию дорожной одежд внутризаводской дороги на комбинате при исходных данных: II климатическая зона, 1-я подзона, расчетная интенсивность движения в сутки на полосу — 100 большегрузных автомобилей БелАЗ-548А и 80 автомобилей БелАЗ-540. При наличии столь тяжелых автомобилей в составе движения влияние стандартных автомобилей можно не учитывать.

Параметры расчетного автомобиля БелАЗ-548А: давление на покрытие р = 0,56 МПа, расчетный диаметр следа колеса Dд =82 см. Грунт земляного полотна — суглинок легкий. Тип увлажнения местности 1-й.

Для устройства дорожной одежды могут быть использованы материалы: асфальтобетон плотный I марки (битум БНД-60/90), асфальтобетон высокопористый на битуме БНД-60/90, щебень известняковый, укладываемый с расклинкой, и песок средней крупности.

Конструирование и расчет включает семь этапов.

1. Предварительно намечают конструкцию: асфальтобетонное покрытие 5 см, верхний слой основания из высокопористого асфальтобетона 17 см, щебень известняковый 30 см, песок средней крупности 40 см.
2. Результаты приведения интенсивности движения к расчетной интенсивности нагрузки, воздействующей на полосу, помещены в табл. 25. Проектируемую дорогу относят к III категории. По табл. 3.1 находят, что коэффициент надежности для такой дороги Кн =0,9.
3. По таблицам приложений 2 и 3 назначают расчетные характеристики материалов дорожной одежды и грунта с учетом заданного уровня надежности; асфальтобетон плотный на битуме БНД-60/90 при температур +20° С модуль упругости Е1=1800 МПа; для расчета покрытия на изгиб Е1=4500 МПа; асфальтобетон высокопористый из каменных материалов изверженных пород на битуме БНД-60/90 при температуре +20° С модуль упругости Е2=1200 МПа, для расчета на изгиб Е2 = 2100 МПа, сопротивление растяжению при изгибе

МПа;

щебень известняковый, укладываемый с расклинкой, Е3=300 МПа; песок средней крупности (см. табл. 17) Е4=120 МПа, °, с4=0,006 МПа; суглинок легкий, II дорожно-климатическая зона, I подзона, I тип местности по условиям увлажнения. Отсюда:

Егр=35 МПа; гр =16°; сгр=0,016МПа;

МПа.

1. Согласно п. 3.23, расчет по упругому прогибу одежд, предназначенных для движения большегрузных автомобилей, не требуется.

Таблица 25

1. Рассчитывают толщину одежды, исходя из условия, чтобы не достигалось предельное состояние по сдвигу в грунте активной зоны земляного полотна. Средний модуль упругости дорожной одежды:

МПа.

При отношении ; Eср/Eгр =470:35= 13,4 и гр =16° по номограмме (см. рис. 3.6) находят, что =0,0295. Отсюда активное напряжение сдвига от временной нагрузки МПа. Активное напряжение сдвига от веса одежды толщиной 92 см при гр =16° по номограмме (см. рис. 3.7) =0,0002 МПа. Суммарное активное сдвигающее напряжение в грунте

МПа

Допускаемое активное напряжение сдвига в грунте (см. п. 3) Тдоп =0,0158 МПа.

Коэффициент прочности Тдоп/Т = 0,0158:0,0167=0,946, что практически равно минимальному коэффициенту прочности с учетом заданного уровня надежности 0,9, т. е. Кпр = 0,94.

1. Рассчитывают сдвигающие напряжения в песке дополнительного слоя основания, рассматривая двухслойную систему со средним модулем упругости верхнего слоя

МПа

и с модулем упругости нижележащего полупространства Е4. Сдвигающее напряжение от временной нагрузки в песчаном материале определяют по номограмме (см. рис. 3.5) при (h1+ h2+ h3) : Dд=52/82=0,63; = 739:120=6,15; н = 40°

МПа

Активное напряжение сдвига от собственного веса конструкции толщиной h1+ h2+ h3 = 52 см при 4=40° по номограмме (см. рис. 3.7) = - 0,0037 МПа. Суммарное напряжение сдвига в песке дополнительного слоя основания МПа. Допускаемое напряжение сдвига в песчаном слое:

МПа

Коэффициент прочности Тдоп /Т =0,0238:0,0204 = 1,17

Для заданного уровня надежности минимальный коэффициент прочности Кпр = 0,94.

1. Проверяют, не превышает ли максимальное растягивающее напряжение в асфальтобетоне допускаемого из условия сохранения сплошности материала покрытия. С помощью номограммы (см. рис. 3.3), последовательно рассматривая системы со слоями h4, и h13, находят модуль упругости на поверхности основания щебеночного слоя (рис. 13) при

h4 / DД =40:82=0,488; Eгр / Е4 = 35:120 = 0,292;

МПа.

При h3 / DД = 30:82 = 0,366; ; МПа. Средний модуль упругости асфальтобетонных слоев

МПа.

Затем вычисляют отношения

Рис. 13. Деталь конструкции к примеру 5:

1 – плотный асфальтобетон; 2 – высокопористый асфальтобетон; 3 – известняковый щебень; 4 – песок средней крупности; 5 – суглинок легкий

и по номограмме (см. рис. 3.11) находят, что =3,45. Растягивающее напряжение при изгибе асфальтобетона МПа и допускаемом в нижнем слое асфальтобетона Rизг =1,56 МПа. Здесь коэффициент прочности Rизг / =1,56:1,64 =0,95, что практически равно минимальному коэффициенту прочности Кпр = 0,94.

Пример 6. Требуется запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием для автобусной остановки, расположенной на дороге II технической категории. Необходимый уровень надежности одежды можно принять равным уровню належности одежды на основной дороге, т.е. Кн = 0,95.

Исходные данные следующие: дорожно-климатическая зона II, 1-я подзона, тип местности по условиям увлажнения 1-й; грунт земляного полотна — суглинок тяжелый; материалы для сооружения основания — гравийно-песчаная смесь, цемент. Перспективная интенсивность автобусного движения в сутки в одном направлении Na =155 автобусов Икарус-250. За расчетную нагрузку принимают автобус группы А: давление на покрытие p=0,6 МПа, расчетный диаметр следа неподвижного колеса Dн =34; движущегося Dд =39 см. Расчетная приведенная интенсивность воздействия нагрузки на полосу

Np = Na (S1+ S2)

где S1, S2 — коэффициенты приведения нагрузки на переднее и заднее колесо автобуса к расчетной нагрузке, определяемые по графику (рис. 1, приложение 1) имеем

Np = 155(0,05+0,53)=90 ед./сут.

Конструирование и расчет слагаются из пяти основных этапов:

1. Намечают конструкцию дорожной одежды: слой плотного мелкозернистого асфальтобетона (на битуме БНД-60/90) толщиной h1=5 см; слой пористого мелкозернистого асфальтобетона (на битуме БНД-60/90) толп ной h2=7 см; гравийно-песчаная смесь, укрепленная 4% цемента, толщиной h3 =27 см; слой песка средней крупности толщиной h4=10 см.

Расчетные характеристики материалов и грунта:

а) модули упругости асфальтобетона покрытия (асфальтобетон плотный, I марки, тип А): динамические (см. табл. 12, 13) при +20° С моду Е1=1800 МПа, при +10° С модуль Е1=3200 МПа, при расчете покрытия на изгиб Е1=4500 МПа; статические (см. табл. 14) при +20° С модуль Е1=360 МПа, при +50° С модуль Е1=240 МПа;

б) характеристики асфальтобетона верхнего слоя основания (асфальтобетон пористый, I марки): динамические модули упругости (см. табл. 13), при +20° С модуль Е2=1200 МПа, при +10° С модуль Е2=2000 МПа, при расчете покрытия на изгиб Е2=2800 МПа; сопротивление растяжению при изгибе по формуле (5)

МПа;

статические модули упругости (см. табл 14) при +20° С модуль Е2=290 МПа, при +50° С модуль Е2=200 МПа;

Таблица 26

в) характеристики гравийно-песчаной смеси, укрепленной 4 % цемента (см. табл. 16) Е3=400 МПа, Rукр=0,25 МПа;

г) модуль упругости и характеристики прочности песка средней крупности с остаточной пористостью n < 26% (см. табл. 17):

Е4=120 МПа, °; с4=0,0055 МПа;

д) расчетные характеристики грунта земляного полотна — суглинка тяжелого при расчетной влажности с учетом требований п. 10 приложения 2 (см. табл. 9);

°, сгр = 0,018 МПа

динамический модуль упругости (см. п. 13 приложения 2, табл. 10) Егр =40 МПа; статический модуль упругости грунта принимают на 15% меньше динамического (приложение 2, п. 14); Егр =35 МПа.

1. Конструкцию рассчитывают вначале при динамическом воздействии нагрузки. Для чего:

а) рассчитывают конструкцию по упругому прогибу. Требуемый модуль упругости при заданной интенсивности воздействия нагрузки согласно рис. 3.2 и с учетом табл. 3.3 и п. 3.31 составляет МПа. При коэффициенте надежности 0,95 наименьший коэффициент прочности должен быть не менее 1,00, поэтому общий модуль упругости на поверхности покрытия должен быть не менее 215 МПа.

Расчет принятой конструкции по упругому прогибу приведен в табл. 26. Коэффициент прочности по упругому прогибу Еобщ/Етр=208:208=1,0, что равно минимальному коэффициенту прочности при уровне надежности Кн =0,95.

а) проверяют устойчивость конструкции против сдвига в грунте:

МПа;

= 49:39=1,256; Еср/Егр = 600:40=15,0;

при этих отношениях и =18° находят МПа,

= - 0,0001 МПа. Действующее в грунте сдвигающее напряжение

МПа,

допускаемое

МПа;

Тдоп/Т=0,0185:0,0133=1,39>Kпр=1,0.

в) проверяют прочность конструкции по сопротивлению сдвигу в песке:

МПа;

=39:39=1,00;

МПа;

МПа;

Тдоп/Т = 0,0226 : 0,0113 > 1,0;

г) намеченную конструкцию проверяют на сопротивление асфальтобетонных слоев растяжению при изгибе, модуль

МПа

При отношениях и (h1+ h2) : DД = 12:39=0,31 по номограмме (см. рис. 3.11) находят, что =3,0, откуда действующее растягивающее напряжение при изгибе МПа; отношение Rдоп/= 1,90:1,53=1,24 в соответствии с п.2.8, несмотря на запас прочности уменьшать толщину слоев покрытия нецелесообразно;

д) проверяют, не превосходит ли растягивающее напряжение при изгибе допустимое для гравийно-песчаной смеси, укрепленной цементом.

Средневзвешенный модуль упругости асфальтобетонных слоев МПа; для отношений =1450:400=3,62, и (h1+ h2+ h3):DД =39:39=1,0 путем экстраполяции данных номограммы (см. рис. 3.12) находят =0,33; растягивающее напряжение при изгибе укрепленного цементом гравийного материала составляет МПа, Rдоп=МПа, Rдоп /= 0,29 : 0,198 = 1,46 > Кпр.

Принятая конструкция удовлетворяет условиям прочности при воздействии на нее подвижной нагрузки.

4. Для расчета конструкции при статическом воздействии нагрузки сначала проверяют ее на сопротивление сдвигу в грунте земляного полотна:

МПа;

= 49/34=1,44; Еср/ Егр=323:35=9,23;

откуда

МПа; МПа;

МПа,

МПа;

Тдоп/Т=0,030:0,0137=2,19>Kпр=1,0.

Затем проверяют прочность конструкции по сопротивлению растяжению при изгибе слоя из гравийно-песчаной смеси, укрепленной 4% цемента,

МПа;

путем послойного расчета с помощью номограммы (см. рис. 3.3) определяют модуль упругости на поверхности песчаного слоя: h4/Dн=10:34=0,294; Егр/Е4=35:120=0,292; ; МПа. По отношению ; и (h1+h2+h3):Dн=39:34=1,15, находят МПа; Rдоп=RукрКц=МПа.

Здесь коэффициент Кц принят наибольшим по графику (см. рис. 8)

Rдоп/= 0,31:0,255=1,38 > Кпр.

Кроме того, определяют, не достигается ли предельное равновесие по сдвигу в слое асфальтобетона. Для расчета характеристики асфальтобетона принимаются при +50° С.

Модуль упругости на поверхности укрепленной гравийно-песчаной смеси:

; h3/Dн=27:34=0,794;

МПа;

Вычисляют средний модуль упругости асфальтобетонных слоев

Еср.асф=МПа,

а затем отношения:

Еср.асф/=217:128=1,70; (h1+ h2):Dн=12:34=0,353.

Активное напряжение сдвига в асфальтобетоне находят по номограмме (см. рис. 3.13) при отношении Еср.асф/==1,7; напряжение ;

МПа.

Допускаемое напряжение сдвига в асфальтобетоне

МПа;

Тдоп/Т=0,22:0,174=1,26,

что больше минимального коэффициента прочности Kпр=1,0.