Научная статья на тему 'Расчет нежесткой дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги от воздействия нагрузок'

Расчет нежесткой дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги от воздействия нагрузок Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
513
102
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА / ГЕОРЕШЕТКА / АРМИРОВАНИЕ / ДЕФОРМАЦИЯ / НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / ROAD PAVEMENT / GEOGRID / REINFORCEMENT / DEFORMATION / LOAD-BEARING CAPACITY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Бурмистрова О. Н., Воронина М. А.

В статье приведен расчет нежесткой дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги Ухта – Троицко-Печорск от воздействия нагрузок А-3. Статья преследует цель произвести расчет нежестких дорожных одежд на прочность, а также расчет по допускаемому упругому прогибу. В статье определены следующие показатели: требуемые коэффициенты уплотнения К у для щебеночных и для песчаных слоев – не менее 0,98; минимальная величина нахлеста полотен георешеток – 30 см. В расчетах конструкций на прочность и морозоустойчивость учтен эффект армирования, характеризующий работу георешеток Геоком Б-450 в конструкциях дорожных одежд. В статье определено, что требуемую рабочую отметку продольного профиля автомобильной дороги следует достигать увеличением толщины слоя щебня.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Бурмистрова О. Н., Воронина М. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The paper presents a calculation of the non-rigid pavement road hauling Ukhta – Troitsko-Pechorsk from exposure to stress A-3. Article aims to calculate the non-rigid pavement strength, as well as calculation of the extent permitted by the elastic deflection. In this paper, the following indicators: the required compaction ratios for Cu and gravel to sand layers – not less than 0,98 the minimum value of overlapping fabric geogrids – 30 cm. In the calculation of structures for durability and frost resistance into account the effect of reinforcement, characterizing geogrid Geokom B-450 in the construction of road pavements. The article states that required working mark the longitudinal profile of the road should be achieved by increasing the thickness of the layer of gravel.

Текст научной работы на тему «Расчет нежесткой дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги от воздействия нагрузок»

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

РАСЧЕТ НЕЖЕСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ЛЕСОВОЗНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК

О.Н. БУРМИСТРОВА, доц. каф. технологии и машин лесозаготовок и прикладной геодезии УГТУ, д-р техн. наук,

М.А. ВОРОНИНА, асп. каф. технологии и машин лесозаготовок и прикладной геодезии УГТУ

oburmistrova@ugtu.net

Расчет дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог произведен совместно с дорожным агентством Республики Коми и ООО «Дороги Севера». В статье приведен расчет нежесткой дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги Ухта - Троицко-Печорск от воздействия нагрузок А-3 [1].

Основные характеристики расчетной нагрузки А-3:

- нормативная нагрузка на ось 13000 кг (0,13 МН);

- давление воздуха в колесе наиболее нагруженной оси - 6 кгс/см2 (0,6 МПа);

- диаметр отпечатка колеса при статическом нагружении - 37 см (0,37 м), при динамическом нагружении - 42 см (0,42 м);

- расчетная статическая нагрузка на колесо - 6500 кг (0,065 МН).

Интенсивность движения принимается 50 расчетных лесовозных автопоездов в сутки.

В связи с низкими физико-механическими характеристиками и значительной неоднородностью подстилающих грунтов, а также расположением участка строительства в зоне распространения вечномерзлых грунтов [2] в конструкции дорожной одежды, проектируемой с допущением оттаивания грунтов в основании насыпи, в период эксплуатации дороги (второй принцип [2]) предусмотрено

Рис. 1. Заклинка щебня в ячейках георешеток (образование слоя, способного воспринимать растягивающие напряжения)

применение георешеток Геоком Б-450 ОАО «Комитекс», что в данных условиях является одним из наиболее эффективных и рациональных способов увеличения его прочности и надежности. При этом:

1. Повышается однородность основания, что немаловажно для обеспечения рав-нопрочности покрытия, а, следовательно, и надежности его работы на всей площади.

2. Практически исключается проникновение крупнозернистого материала в нижележащие слабосвязные слои (сохранение толщины дренирующего слоя за счет исключения вдавливания щебня в подстилающий грунт (рис. 1).

3. Обеспечиваются оптимальные условия для уплотнения щебня до требуемой величины и тем самым достигается расчетное значение его модуля упругости и модуля деформации.

4. Значительно снижается динамика накопления и величина остаточных деформаций конструкций вследствие того, что значительные сдвигающие напряжения (т ху) концентрируются не в подстилающем грунте и слабосвязных слоях конструкции, а в слое «щебень - георешетка», способном сопротивляться сдвигу.

Кроме того, наблюдается тенденция к увеличению и концентрации непосредственно под покрытием главных горизонтальных напряжений а3, что свидетельствует об уменьшении коэффициента уровня напряженно-деформированного состояния конструкции Кунс (1), величина которого в наибольшей степени определяет характер деформирования среды при многократных приложениях нагрузок

K = Oi -g3 )(1 - sin Ф) (1)

унс 2(а3 sin ф + C cos ф) где о1, о3 - главные напряжения; ф - угол внутреннего трения;

20

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

С - удельное сцепление.

S /S = 0,328/2,003 = 0,194,

упр ост 7 7 7 7

S IS = 0,5/3,965 = 0,126.

упр ост

5. Возможно увеличение величины нагрузки на конструкцию, при которой будет соблюдаться линейная зависимость между напряжениями и деформациями, т.е. увеличение несущей способности (рис. 3). Увеличиваются деформативные характеристики конструкции, включающей в свой состав георешетку.

Предлагается для дорог Республики Коми следующая конструкция, армированная георешеткой Геоком Б-450 (рис. 4). Высотная отметка площадки варьируется увеличением толщины слоя щебня (рис. 4, 1). В качестве подстилающего слоя проектируемой дорожной одежды выбран слой торфа среднезаторфованного (ИГЭ - 6в) и суглинка тяжелого мягкопластичного (ИГЭ - 42г).

Исходные данные для производимых расчетов сведены в табл. 1.

Результаты расчета по допускаемому упругому прогибу сведены в табл. 2 и представлены на рис. 5.

Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в слабосвязном слое дорожной одежды и подстилающем грунте обеспечено условие

К > т /т ,

где Кпр - требуемый коэффициент прочности по данному критерию Кпр = 0,87; т - расчетное активное напряжение

акт

сдвига в слабосвязном слое дорожной одежды или грунте от действующей нагрузки, кгс/см2;

тпр - предельная величина активного напряжения сдвига, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, кгс/см2.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига такт определены по зависимости

Такт = [(°1 - °2) - (°1 + ^з)sinф]|2cosф,

где о1 - максимальное главное напряжение;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

21

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

Таблица 1

Расчет нежестких дорожных одежд на прочность

Исходные данные Варианты

армированная конструкция

Категория дороги 1-5 4

Дорожно-климатическая зона 1-5 1

Тип дорожной одежды к - капит. о - облегч. п - перех. п

Давление воздуха в шине расчетного автомобиля P, МПа 0,6

Нагрузка на колесо расчетного автомобиля Q, т 6,5

Кол-во осей (расчетных) 1

Кол-во колес на полуоси 1 или 2 2

Расстояние между осями (для многоосных) Бм 0

Расчетная нагрузка на колесо QpacH., т 6,5

Расчетный диаметр отпечатка колеса D, м 0,42

Коэффициент надежности К 0,8

Расчетный срок службы, лет Тсл 10

Приведенная интенсивность движения автомобилей на последний год службы N, авт/сут 50

Изменение интенсивности q 1,02

Число расчетных дней в году Трдг 135

Суммарное приведенное количество прохождений расчетного автомобиля YNp, авт. 50218,22

Грунтовое основание торф средне-заторфованный

Расчетные характеристики грунтового основания

Модуль деформации Егр, МПа 0,15

Удельное сцепление Сгр, МПа 0,012

Угол внутреннего трения Фгр, град 1

Статический угол внутреннего трения Фст, град 1

Расчетные характеристики материалов дорожной одежды

Щебень E, МПа 350

Y, кгс/см3 0,002

Георешетка Геоком Б-450 Тип 40

Песок E, МПа 100

С, МПа 0,004

Ф, град 21

Фст, град 31

Y, кгс/см3 0,0017

Толщины конструктивных слоев дорожной одежды

Щебень h, м 0,95

Георешетка Геоком Б-450 Тип 40

Песок 1,25

Общая толщина дорожной одежды hобщ, м 2,20

Таблица 2

Минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции Emi„, МПа 113,53

Требуемый коэффициент прочности К„р I 1,02

Общий модуль упругости Еобщ, МПа 147,95

Фактический коэффициент прочности Еобщ.1Emin 1,303

Выполнение критерия по упругому прогибу да

22

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

Давление кгс/см2 3 4

7

Н7

\

ч

*\ \ \

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

\

ч \

\

ч ч

ч

3

3

у

£

о

о

Неармированная конструкция

Конструкция, армированная георешеткой Геоком

Рис. 3. Сравнительные графики несущей способности конструкций

1. Щебень гранитный, марки 1200, фр. 20-М0 мм с расклинцовкой по

ГОСТ 25607-94, ГОСТ 8267-93, = 0,98 t = 80 см

2. Песок мелкий по ГОСТ 8267-93,

Кулп = 0,98, Кф > 3 м/сут t =125 см

3. Щебень гранитный, марки 1200, фр. 20-^-40 мм с расклинцовкой по

ГОСТ 25607-94, ГОСТ 8267-93, = 0,98 t = 15 см

4. Георешетка Геоком Б-450

5. Грунтовое основание -

торф среднеразложившийся (ИГЭ - 6в)

Рис. 4. Конструкция дорожной одежды

а3 - минимальное главное напряжение; ф - угол внутреннего трения грунта.

Главные напряжения и а3 вычислены с использованием точного решения осесимметричной задачи теории упругости.

Предельная величина активных напряжений сдвига тпр определена по зависимости т = к,(с + y z tg ф ),

пр д4 • ср on ° т ст/:>

где с - сцепление в грунте, МПа;

z - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость (от верха конструкции), см;

Ycp - средневзвешенный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кгс/см3;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

23

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

Эпюры напряжений по оси штампа D=42 см, давление Р= б кгс/см2 Рис. 5. Эпюры вертикальных напряжений от действующей нагрузки и собственного веса дорожной одежды

Эпюры напряжений по оси штампа D=42 см, давление Р= б кгс/см2 Значения напряжений, кгс/см2

--- Допустимые касательные напряжения

-*— Касательные напряжения в слое песка

-■— Касательные напряжения в слое торфа среднер аз ложившегося

Рис. 6. Эпюры действующих и допускаемых активных касательных напряжений (т ) в слабосвязном слое дорожной одежды и подстилающем грунте

фст - расчетныи угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град;

кд - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе подстилающего слоя с нижним слоем несущего основания.

Для слабосвязного слоя дорожной одежды кд = 1; для подстилающего слоя к = 4.

Для слабосвязного слоя т = 0,142 < < т = 0,156; для подстилающего слоя т =

пр ак^^

= 0,0002 < т = 0,511.

7 пр 7

Условия прочности выполнены. Выводы и рекомендации

1. Требуемые коэффициенты уплотнения К для щебеночных и для песчаных слоев - не менее 0,98.

2. Минимальная величина нахлеста полотен георешеток равна 30 см.

24

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.