Быстрый поиск

Курсовая работа: Методы оценки эксплуатационного состояния автомобильных дорог

Прочность (несущая способность) эксплуатируемых, дорожных одежд оценивается коэффициентом прочности Кпр. Нежесткие дорожные одежды оцениваются по трем критериям прочности:

· упругому прогибу под нагрузкой всей конструкции дорожной одежды, включая грунтовое основание:

(6)

где где Еф – фактический общий модуль упругости всей конструкции; Етр.т – требуемый расчетный модуль упругости всей конструкции;

· по прочности на сдвиг в грунте земляного полотна и в малосвязных слоях основания:

(7)

где Тдоп – допускаемое напряжение сдвига в грунте или в малосвязных слоях основания, обусловленное сцеплением; Т – активное напряжение сдвига в грунте или малосвязных слоях основания от автомобильной нагрузки и собственного веса дорожной одежды;

· по прочности на растяжение при изгибе в слоях из монолитных

материалов:

KПР=Rpu/σr (8)

где Rpu – предельно допустимое растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений, σr – растягивающее напряжение от автомобильной нагрузки в рассматриваемом слое.

Инструментальная оценка по второму и третьему критериям представляет собой сложную задачу, поэтому эксплуатационная оценка прочности нежестких дорожных одежд производится по первому критерию прочности (упругому прогибу) с введением поправочных коэффициентов, учитывающих условия прочности по двум другим критериям. Инструментальная оценка прочности нежестких дорожных одежд по упругому прогибу заключается в измерении упругого прогиба всей конструкции под нагрузкой и определении фактического общего модуля упругости на основе данных измерений.

Рис. 3. Расчетная схема испытаний нежесткой дорожной одежды.

Расчетная схема испытаний приведена на рис. 3. Прочностные испытания дорожных одежд производятся двумя методами:

1. измерением упругого прогиба при статическом нагружении дорожной одежды;

2. измерением упругого прогиба при динамическом нагружении дорожной одежды.

Испытания дорожных одежд при статическом нагружении производятся либо с использованием жесткого штампа, через который на дорожную одежду передается нагрузка (рис. 4), либо нагружением дорожной одежды колесом грузового автомобиля, с измерением деформаций под нагрузкой (при наезде колеса автомобиля на испытываемую точку) и без нагрузки (после съезда автомобиля с этой точки) (рис. 5). Статические испытания с использованием жесткого штампа дают возможность создать довольно большую нагрузку, а также передавать нагрузку на дорожную одежду ступенями, что позволяет определить разрушающую нагрузку для данной конструкции. Однако эти испытания трудоемки, поэтому чаще используется менее трудоемкий метод нагружения дорожной одежды колесом грузового автомобиля, близкого к автомобилю группы А;

Нормированная статическая нагрузка, передаваемая колесом автомобиля на дорожную одежду, – 50 кН.

Расчетный диаметр следа автомобиля D=0,33 м. Однако при этом методе прогиб нельзя измерить непосредственно под колесом, а также нельзя передавать нагрузку ступенями. Кроме того, этот способ не дает возможности испытывать конструкции дорожных одежд магистральных, карьерных, нефтепромысловых и других дорог, имеющих большую интенсивность движения и предназначенных для эксплуатации тяжелых нагрузок.

При испытаниях дорожных одежд методом динамического нагружения используются установки с падающим грузом (установки динамического нагружения); генераторы колебаний (различные вибраторы); также, применяется нагружение дорожной одежды колесом движущегося автомобиля.

В практике Российской Федерации, в основном, применяются установки динамического нагружения с жёстким штампом (типа ДИНА) и с гибким штампом (например, УДН–НК). Принципиальная схема установок динамического нагружения приведена на рис. 6. Установки динамического нагружения используются только на нежестких дорожных одеждах, т. к. не дают возможности измерять чашу прогиба, что необходимо на жестких дорожных одеждах.

Испытания дорожных одежд колесом движущегося автомобиля проводятся редко, т. к. измерения прогиба при этом способе очень сложны и автомобиль должен, двигаться со скоростью 2–5 км/час, что не соответствует распространенным скоростям

7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ НЕЖЁСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Фактический общий модуль упругости нежесткой дорожной одежды определяется по формуле:

(9)

где Р среднее удельное давление, передаваемое нагрузкой испытательной установки, МПа:

Р=0,00127Q/D2 ,

Q – испытательная нагрузка, КН; D – диаметр штампа или круга, равновеликого отпечатку колеса, м; l – измеряемый при испытаниях прогиб дорожной одежды, м; μ – коэффициент Пуассона; μ принимается равным 0,3.

Результаты прочностных испытаний дорожных одежд, проведенных в различные периоды года, за исключением зимнего, должны быть приведены к расчетному периоду, т. е. к периоду, когда несущая способность грунтов земляного полотна наименьшая. Расчетный фактический общий модуль упругости дорожной одежды в каждой точке и определяется по формуле:

(10)

где Ефобщ фактический общий модуль упругости дорожной одежды в i–й точке, определенный по формуле (9) на основе, данных испытаний в нерасчётный период года; Kpi – коэффициент приведения к расчетному модулю упругости, учитывающий сезонные изменения несущей способности грунтов; коэффициент Крi определяется по табл 1–4 прил. 1 в зависимости от типа влажности грунта, толщины и температуры асфальтобетона.

7.2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Определяется среднее значение модуля упругости дорожной одежды на обследуемом участке по результатам испытаний :

(11)

где – значение общего модуля упругости в i–й точке, вычисленное по формуле (9), МПа; n – число измерений (точек), в которых производились испытания.

Определяется среднеквадратическое отклонение σ:

(12)

Определяется коэффициент вариации ν:

(13)

Определяется расчетное значение фактического общего модуля упругости дорожной одежды на обследуемом участке по формуле:

ЕРфр=(1–tν) (14)

где t коэффициент нормированного отклонения для заданного уровня надёжности, определяемый, в зависимости от числа измерений по табл.5 прил. 1. Уровень надежности К определяется по табл. 6 прил. 1 в зависимости от категории дороги.

7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ РАСЧЕТНЫХ МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Требуемые модули упругости Етр принимаются в зависимости от приведенной к нагрузке группы А интенсивности движения и от способа нагружения дорожной одежды при испытаниях по табл. 14. При динамическом нагружении принимается динамический требуемый модуль упругости Етр.д; при статическом статический требуемый модуль упругости Етрс; при испытаниях колесом движущегося автомобиля – требуемый модуль упругости при малой скорости нагружения Eтр.ос.

Требуемый расчетный модуль упругости дорожной одежды (т. е. с учётом всех критериев прочности, а также с учетом ровности покрытия) Eтp.р определяется по формуле:

Етр.р=(ЕТр∙К′пр∙Кс+Δ)∙Кк∙КМ (15)

где ЕТр требуемый модуль упругости, определенный по табл 14 для данного вида нагружения; К'пр – нормативный коэффициент прочности дорожной одежды; принимается по табл. 6 прил. 1 в зависимости от категории дороги; типа дорожной одежды и покрытия; Ks коэффициент, учитывающий необходимость обеспечения требуемой ровности; Ks определяется по табл. 15 в зависимости от приведенной интенсивности движения и требуемой ровности покрытия по толчкомеру; требуемая ровность покрытия по толчкомеру определяется по табл. 12 в зависимости от группы (категории) дороги; Δ – поправка, учитывающая обеспечение прочности по сдвигу в грунте земляного полотна; Δ определяется по табл. 17 в зависимости от общей толщины дорожной одежды (включая дренирующий слой) и климатических и грунтово–геологических условий (тяжелых, сложных, средней сложности); тип климатических и грунтово–геологических условий принимается по табл. 16; Кк – коэффициент, учитывающий обеспечение прочности по сдвигу песчаного слоя; Кк определяется по табл. 18 в зависимости от приведенной интенсивности движения, толщины песчаного слоя и общей толщины слоев дорожной одежды над песчаным слоем; КМ коэффициент, учитывающий обеспечение прочности верхних асфальтобетонных слоев на растяжение при изгибе; Км определяется по табл. 19 в зависимости от приведенной интенсивности движения, относительной толщины асфальтобетонного покрытия hа/б/D и марки асфальтобетона.

Перспективная интенсивность движения, приведённая к нагрузке 50 кН на колесо, на полосу, авт/сут	Требуемая ровность дорожных одежд Sтр, см/км
	90	110	130	150	165	180	>200
10	–	–	–	–	–	–	0,62
20	–	–	–	–	–	0,71	0,67
30	–	–	–	–	0,75	0,74	0,71
50	–	–	–	–	0,76	0,75	0,72
100	1,10	1,03	0,91	0,86	0,82	0,80	0,76
200	1,15	1,09	1,01	0,94	0,91	0,88	–
300	1,18	1,15	1,03	1,01	0,97	0,94	–
500	1,23	1,20	1,17	1,15	1,08	1,04	–
>1000	1,38	1,34	1,30	1,26	1,18	1,11

После определения ЕРфр и Етр.р определяется фактический коэффициент прочности. При коэффициенте прочности Кпр< 1 назначаются ремонтные работы; при Кпр >1 – работы по содержанию дороги.

Исходные данные для оценки прочности нежёсткой дорожной одежды по данным испытаний приведены в табл. 3, 4.

Таблица 14. Значения требуемых модулей упругости.

Перспективная интенсивность движения, приведёная к нагрузке 50 кН на колесо, на полосу	Требуемые модули упругости, МПа
	Динамические, Етр.д	При малой скорости нагружения, Eтp.oc	Статические, Eтp. c
10	145	127	120
20	168	148	137
30	184	163	146
50	199	177	156
100	222	195	173
200	245	216	183
300	260	230	199
500	276	243	210
1000	299	263	227
2000	322	283	243
3000	336	296	254
5000	354	311	265
10000	376	330	280