Разработка эффективных конструкций и технологий строительства, реконструкции и ремонта дорожных одежд под тяжелое и интенсивное движение

Олехнович В.П.

УДК 625.7.041:[625.731:625.7.089]:625.7.03:[629.3.013+656.021.2]

В. П. ОЛЕХНОВИЧ, аспирант,

СПбГАСУ, Санкт-Петербург

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА,

РЕКОНСТРУКЦИИ И РЕМОНТА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПОД ТЯЖЕЛОЕ И ИНТЕНСИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

В статье рассмотрены вопросы конструирования дорожных одежд с тонкослойными

асфальтобетонными покрытиями на основаниях повышенной несущей способности.

Резкое увеличение интенсивности движения и нагрузок на дорожную сеть вызвали на большинстве дорог и улиц с традиционными конструктивнотехнологическими решениями дорожных одежд интенсивный рост колейно-сти, трещинообразования и разрушений асфальтобетонного покрытия, снижающих безопасность работы дорожной сети, в том числе сроки службы дорожной конструкции при увеличении риска их разрушения. Ухудшаются транспортно-эксплуатационные качества покрытий с увеличением риска возникновения дорожно-транспортных происшествий.

В этих условиях важнейшим направлением технической политики дорожной отрасли при ограниченных финансовых поступлениях является применение экономичных проектных решений дорожных одежд с однослойными асфальтобетонными покрытиями на основаниях высокой несущей способности (с использованием минеральных вяжущих). Данные конструкции, модифицированные рациональными разрезами и обоймами, в том числе с использованием синтетических геокаркасов, обеспечивают низкое колееобразование и высокую трещиностойкость конструкции за счет повышения ее однородности и равномерности деформирования от воздействия тяжелых динамических нагрузок и природно-климатических факторов.

Эффективную работу асфальтобетонного покрытия на фрагментированном несущем слое обусловливают ряд положительных факторов, в том числе:

- самонаведение с плотным прилеганием несущего слоя на нижнее основание (после расчленения с улучшением контакта слоев с соответствующим повышением равнопрочности дорожной одежды и равномерности деформирования асфальтобетонного покрытия;

- уменьшение отрицательных динамических характеристик дорожной одежды как за счет гашения (демпфирования) в разрезах и обоймах несущего слоя, так и за счет его плотного прилегания к нижнему слою;

- снижение колееобразования на асфальтобетонном покрытии за счет повышенной жесткости несущего слоя и использования тонкослойного покрытия;

- повышение трещиностойкости асфальтобетонного покрытия за счет температурно-влажностного деформирования элементов несущего слоя только в границах заданных разрезов и обойм и устойчивости рабочих элементов за счет использования их рациональных размеров, форм и жесткостей связей между ними.

Разброс характеристик напряженно-деформированного состояния дорожной одежды с монолитным несущим слоем повышенной жесткости, подверженным в ходе эксплуатации нерегулируемому трещинообразова-нию и изменению условий контактирования с основанием, обусловливающим неравнопрочность дорожной одежды, исследован на основе численного и аналитического методов моделирования. Расчет и оптимизация конструкции выполнены как численным моделированием методом конечных элементов с использованием программного комплекса Scad, так и аналитическим решением теории изгиба пластин с разрезами.

Принципиально алгоритм расчета можно представить в такой последовательности:

1. Строят функцию прогибов w0 (сплошной без разрезов пластины на упругом основании). Эта функция хорошо исследована в современной научно-технической литературе. Программы построения подобных функций имеются в банке данных расчета пластин на различных типах грунтового основания.

2. Определяют разрывные функции, состоящие из известных гиперболотригонометрических функций. Эти функции, имеющие прерыватели типа функции Хевисайда (H(x-xj)), по своему геометрическому смыслу соответствуют разрывному характеру изменения моментов.

3. Составляют систему алгебраических уравнений для определения коэффициентов Ау1г- ; Ду2;- (Ау1 - угол взаимного поворота двух нормалей к деформируемым поверхностям двух смежных по контакту элементов, то есть угол излома дискретно-континуальной системы на линии контакта двух контуров (рисунок)) на основе полученных в работе формул.

2

/

Расчетная схема

4. Рассчитав коэффициенты Ау1г- ; Ау2;, определяют функции прогибов w.

5. Далее определяют изгибающие моменты и, следовательно, компоненты напряженно-деформированного состояния дорожной одежды.

6. При рассмотрении разных конструктивно-технологических вариантов дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на жестком с разрезами (изломами) несущем слое и упругом основании после определения компонентов НДС устанавливают рациональные сочетания конструктивных и физикомеханических параметров, обусловливающих оптимизированные варианты дорожной конструкции в разных условиях.

При сравнении предложенного конструктивно-технологического решения несущего слоя с применяемыми монолитным и сборным бетонными основаниями по степени соответствия условиям тяжелого и интенсивного движения разработанные решения отличаются значительно меньшей изменчивостью показателей несущей способности по площади (которые на обычных бетонных основаниях под швами и стыками резко изменяются, усиливая динамику и колебания дорожной одежды, и приводят к копированию трещин в асфальтобетонном покрытии) и приближаются по несущей способности (но не по величине колееобразования) к конструкции покрытия на толстом слое высокоплотной асфальтобетонной смеси. Соответственно, работоспособность предложенного решения с фрагментированным несущим слоем выше, чем у дорожной одежды с обычными монолитными или сборными бетонными основаниями.

Заключение

Предлагаемая методика расчета и оптимизации конструктивных решений позволяет исследовать зависимость критической нагрузки от физико-геометрических параметров несущего слоя, размеров и расположения линий разрезов-изломов, их жесткостных характеристик, что, в свою очередь, позволяет обосновать практические рекомендации для рационального проектирования как элементов несущего слоя, так и толщины трещиностойкого покрытия.

Библиографический список

1. Карпов, Б.Н. Сборные многокомпонентные дорожные покрытия: дис. ... докт. техн. наук. - СПб, 2000.

2. Михайлов, Б.К. Основы теории и методы расчета на устойчивость трехслойных пластин с разрезами / Б.К. Михайлов, Г.О. Кипиани, В.Г. Москалева. - Тбилиси, 1991.

3. Батс, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Батс, Е. Вильсон. -М. : Стройиздат, 1982.

4. Справочное пособие разработчиков проектно-вычислительного комплекса SCAD.

V.P. OLEKHNOVICH

DEVELOPMENT OF EFFECTIVE DESIGNS AND TECHNOLOGIES OF CONSTRUCTION, RECONSTRUCTION AND REPAIRING OF ROAD SURFACING UNDER HARD TRAFFIC

The problems of designing of road surfacing with hot mix asphalt pavements on the bases of the raised bearing ability are considered in the paper.

УДК 625.731.7:624.046.3

М.П. КЛЕКОВКИНА,

СПбГАСУ, Санкт-Петербург

ВОПРОСЫ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ С ФРАГМЕНТИРОВАННЫМ ЖЕСТКИМ НЕСУЩИМ СЛОЕМ

Исследованы вопросы расчета устойчивости дорожной одежды с фрагментированным жестким несущим слоем для обеспечения низкого колееобразования и высокой трещиностойкости конструкции на основе повышения ее однородности и равномерности деформирования от воздействия тяжелых динамических нагрузок и природноклиматических факторов.

Исследование напряженно-деформированного состояния дорожной одежды со сборными и монолитными несущими слоями повышенной жесткости, подверженными в ходе эксплуатации нерегулируемому трещинообразо-ванию и изменению условий контактирования с основанием, обусловливающими снижение равнопрочности дорожной одежды, показало эффективность и адекватность применения для расчета и оптимизации конструкции теории изгиба пластин с разрезами, моделируемыми при расчете аппаратом разрывных функций, отражающими также нарушение регулярности контакта несущего слоя с основанием, нарушение регулярности воздействия подвижных нагрузок и природных факторов.

Как показали исследования, выполненные в СПбГАСУ [1], важнейшим для обеспечения устойчивости конструкции дорожной одежды является характер и интенсивность процесса изменения контактирования покрытия с основанием во времени в зоне швов, изломов, трещин при воздействии многократной подвижной нагрузки и природных факторов, приводящих к накапливанию остаточных деформаций под изломами и образованию постоянных зон отсутствия контакта. Образование таких зон приводит к резкой неравномерности отпора на их границе, ударной нагрузке на элементы стыковых соединений, трещинообразованию, образованию уступов, а у сборных покрытий

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Олехнович В. П.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Олехнович В. П.