CC BY
84
УДК 625.768.5
ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТ1 АСФАЛЬТОБЕТОНУ ПРИ ДИНАМ1ЧНОМУ НАВАНТАЖЕНН1
Д.М. Новаковський, асшрант, ХНАДУ
Анотаця. Викладено теоретичм передумови методу визначення модуля пружност1 асфальтобетону при динам1чному навантаженм в лабораторних умовах. Представлено обладнання для практичног реал^зацИ методу.
Ключов1 слова: модуль пружност1, хвиля Релея, лабораторне обладнання.
Вступ
Основною розрахунковою характеристикою асфальтобетону при проектуванш та розрахунках на мщшсть конструкци дорожнього одягу е модуль пружност [1]. Пружнiсть матерiалу - це його здатнiсть опиратися змiнам форми або розмiрiв та властивють вiдновлювати початковий стан шсля припинення ди зовнiшнiх сил.
Мехашчш властивостi асфальтобетонних шарiв дорожньо! конструкци суттево залежать як вiд температурних режимiв експлуатаци, так i вщ швидкостi прикладання навантаження [2, 3]. Останне е наслщком в'язких властивостей матерiалу. У процесi польових та лабораторних дослщжень було доведено вщсутшсть кореляци мiж значеннями модулiв пружност^ визначених методами статичного та динамiчного навантаження при аналiзi несучо! здатносп конструкцiй дорожнього одягу [4].
Прийнята на даний момент схема розрахунку та проектування дорожнього одягу передбачае нерухоме розрахункове навантаження. Врахування рухомост навантаження вiд автомобшьного транспорту виконане шляхом введення динамiчного коефiцiента [1]. Але вiдсутнiсть кореляци мiж значеннями модулiв пружностi, визначених при використанш статичного та динамiчного навантаження, ставить пiд сумнiв можливють використання емпiричних динамiчних коефiцiентiв без урахування
особливостей матерiалу асфальтобетонного шару та режимiв експлуатаци.
Мета та постановка задачi
Необхiднiсть урахування динамiчних властивостей асфальтобетону при
конструюваннi та розрахунку на мщшсть дорожньо! конструкци вимагае придшення 1м уваги при визначеннi властивостей асфальтобетонно! сумiшi в лабораторних умовах на етат проектування. Методи визначення модуля пружносп
асфальтобетону шляхом циклiчного навантаження зразюв балочок моделюють роботу матерiалу в шарi конструкци [2, 5]. Але вщмшносп в напружено-деформованому сташ матерiалу в умовах подiбного моделювання та в умовах експлуатаци в шарi конструкци показують необхщшсть упровадження методiв, що дозволять з бшьшою точнiстю визначити модуль пружносп асфальтобетону пiд дiею динамiчного навантаження та закономiрностi змiни мiцнiсних властивостей тд впливом зовнiшнiх факторiв. Дослщження
асфальтобетонних шарiв у реальних конструкщях дорожнього одягу обмежене суттевими складнощами у варiюваннi таких факторiв як температура матерiалу, тип асфальтобетону, щшьнють, товщина шарiв тощо. В той же час використання традицшних методiв вимiрювання деформацп пiд дiею навантаження у лабораторних умовах потребуе створення моделей, що за розмiром вщповщають розмiрам чашi прогину, яка може досягати п'яти метрiв за дiаметром [6]. Таким чином,
впровадження методу, що дасть можливiсть у лабораторних умовах визначати модуль пружност асфальтобетону пiд дieю динамiчного навантаження та дослiджувати закономiрностi змiни мщшсних властивостей пiд впливом зовнiшнiх факторiв, е актуальним завданням.
Теоретичнi передумови методу
Для зменшення розмiрiв лабораторних моделей, яю можна використати для анатзу мiцносних характеристик асфальтобетонних шарiв дорожньо! конструкций як iнформативну характеристику можна використати параметри розповсюдження поперечно! хвилi зсуву, що виникае шд дiею iмпульсного зовшшнього навантаження. Швидкiсть розповсюдження поперечно! хвилi зсуву безпосередньо залежить вiд пружних властивостей та щiльностi середи
розповсюдження [7 та ш.]
У' = (1)
де У5 - швидкiсть розповсюдження поперечно! хвилi зсуву; Е - модуль пружностi; Р - щшьнють середовища; т -коефщент Пуассона.
За формулою (1) модуль пружносп можна визначити за значеннями щiльностi, коефiцiента Пуассона та швидкосп хвилi зсуву
Е = V2 Чр Ч2Ч(1 ). (2)
При практичних вимiрюваннях для визначення параметрiв хвилi зсуву можливе використання поверхнево! хвилi Релея. На рис. 1 зображено залежнiсть швидкостей повздовжньо!, поперечно! та поверхнево! хвиль, нормалiзованих за швидкiстю поперечно! хвилi зсуву, вiд значення коефщента Пуассона.
5 Т
4,5 -
4 -
у 3,5 -
03 3 3 -
н 2,5 -
о 2 -
5
¡5 1,5 -
О.
X 1 -
0,5 -
0 -
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Коефщieнт Пуассона . - . .Ур/У5 -Уг№--Vs/Vs
Рис. 1. Залежшсть швидкостей повздовжньо!, поперечно! та поверхнево! хвиль, нормалiзованих за швидюстю поперечно! хвилi зсуву, вiд значення коефщента Пуассона 1з залежностей, зображених на рис. 1, видно, що для всього дiапазону значень коефщента Пуассона швидкiсть хвилi Релея е близькою, але завжди меншою за швидюсть хвилi зсуву, та значення коефщента Пуассона мае незначний вплив на вщношення !х швидкостей. Для бшьшосп iснуючих матерiалiв ця залежшсть визначаеться сшввщношенням
0,87 < Уп < 0,96, (3)
У5
де Уп, - швидкостi вщповщно поверхнево! хвилi Релея та хвилi зсуву.
Поверхневi хвилi типу хвиль Релея розповсюджуються вздовж вiльно! поверхш елементiв структури. Амплiтуда хвиль Релея експоненщально затухае з вiддаленням вщ поверхнi. Товщина шару локалiзацi! хвилi Релея пов'язана з довжиною хвилi наступною залежнiстю [8]
Ик = (1,5..2) Ч! й , (4)
де Ип - товщина шару локатзаци хвилi Релея; ! п - довжина хвилi.
Таким чином мшмальш розмiри лабораторно! моделi можна зютавити з товщиною шару асфальтобетону, що пiдлягае дослiдженню. Це дозволяе шдтвердити бiльшу придатнiсть методу для лабораторних дослщжень, на вщмшу вiд класичних пiдходiв до вимiрювання значення прогину.
На кафедрi бущвництва та експлуатацiï автомобшьних Дорiг Харювського нацiонального автомобiльно-дорожнього ушверситету ведеться розробка неруйнiвного методу аналiзу мiцносних характеристик дорожнього одягу на ochobî вимiрювання параметрiв розповсюдження поверхневих хвиль. В рамках розробки методу передбачаеться проведення ряду
лабораторних дослщжень на моделях одно-та багатошарових конструкцiй
асфальтобетонних шарiв дорожнього одягу. Для реалiзацiï запланованих лабораторних дослщжень створено комплекс обладнання, що дае можливють виготовляти асфальтобетоны плити розмiром 600 f 800 мм та товщиною 40, 60, 80, 100 мм для одношарових конструкцiй та 100, 120, 140, 160 мм для двошарових конструкцш (рис. 1). Ущшьнення матерiалу передбачаеться виконувати за допомогою промислового обладнання, призначеного для ущiльнення асфальтобетонних шарiв (рис. 2), що дозволить досягти необхщних значень коефщента ущiльнення асфальтобетонних плит.
Рис. 3. Обладнання для асфальтобетонних плит
ущшьнення
Рис. 2. Комплекс обладнання для виготовлення асфальтобетонних плит в лабораторних умовах
Передбачаеться проведення ряду дослщжень у напрямi пошуку залежностей мiж механiчними характеристиками,
визначеними стандартними методами випробування асфальтобетонних зразкiв, та мехашчними характеристиками матерiалу в конструктивних шарах, визначених методом аналiзу параметрiв поверхневих хвиль.
Висновки
Використання вказаного методу дозволить бiльш обгрунтовано пiдiйти до питання визначення розрахункових характеристик асфальтобетону для потреб проектування, розрахунку на мщшсть конструкцш дорожнього одягу та визначення показниюв мщносп дорожнiх конструкцiй в польових умовах. Перспектившсть використання методу в напрямi неруйнiвноï дiагностики конструкци дорожнього одягу полягае у значнш шформативносп параметрiв, що дослiджуються.
Лггература
1. ВБН В.2.3-218-186-2004. Дорожнш одяг
нежорсткого типу. - На замiну ВСН 4683/ Мнтрансбуд СРСР; Введ. 04. - К.: Укравтодор, 2004. - 176 с.
2. Золотарёв В.О. Долговечность дорожных
асфальтобетонов. - Харьков: Вища школа, 1977. - 116 с.
3. Смирнов А.В. Динамика дорожных одежд
автомобильных дорог. - Омск: Западносибирское книжное издательство. Омское отделение, 1975. - 184 с.
4. Стелюк Л.П., Анфимов В.А., Чайка А.Т.
Экспресс-методы определения прочности дорожных одежд. - Харьков: Харьковское областное правление НТО автомобильного транспорта и дорожного хозяйства, 1981. - 24 с.
5. Илиополов С.К., Углова Е.В., Селез-
нёв М.Г., Дровалева О.В., Пляка П.С., Бессчетнов Б.В. Способ оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических
воздействиях // Патент на изобретение № 2004113230/28(014124).
6. Апестин В.К., Шак А.М., Яковлев Ю.М.
Испытания и оценка прочности нежёстких дорожных одежд. - М.: Транспорт, 1977. - 102 с.
7. Кунщиков Б.К., Кунщикова М.К. Общий
курс геофизических методов разведки. -М.: Недра, 1976. - 492 с.
8. Graff, K.F. Wave Motion in Elastic Solids. -
New York: Dover Pubns, Mineola, New York, U.S.A., 1991. - 649 p.
Рецензент: В.В. Фшшпов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 16 квггня 2008 р.
