Научная статья на тему 'Зависимость долговечности асфальтобетонных слоев усиления от режима движения транспорта'

Зависимость долговечности асфальтобетонных слоев усиления от режима движения транспорта Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
55
4
Поделиться
Ключевые слова
АСФАЛЬТОБЕТОН / ШАРИ ПіДСИЛЕННЯ / РЕЖИМ РУХУ ТРАНСПОРТУ / ДОВГОВіЧНіСТЬ / МіЦНіСТЬ / СЛОИ УСИЛЕНИЯ / РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТА / ДОЛГОВЕЧНОСТЬ / ПРОЧНОСТЬ / ASPHALT CONCRETE / REINFORCING LAYERS / TRAFFIC CONDITION / DURABILITY / STRENGTH

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Баран С.А., Куцман А.М.

Показана степень влияния продолжительности действия транспортных нагрузок на долговечность асфальтобетонного покрытия нежестких дорожных одежд; предложены подходы по расчету асфальтобетонного покрытия повышенной долговечности на прочность, с учетом многократного действия транспортных нагрузок различной продолжительности.

DEPENDENCE OF ASPHALT REINFORCING LAYERS DURABILITY ON TRAFFIC CONDITION

The degree of influence of the duration of transport loads on the durability of asphalt concrete coating of non-rigid road clothing is shown; approaches to calculate the asphalt concrete coating of increased operational life for durability, taking into account the multiple effects of transport loads of different duration are offered.

Текст научной работы на тему «Зависимость долговечности асфальтобетонных слоев усиления от режима движения транспорта»

УДК 625.85

ЗАЛЕЖШСТЬ ДОВГОВ1ЧНОСТ1 АСФАЛЬТОБЕТОННИХ ШАР1В П1ДСИЛЕННЯ В1Д РЕЖИМУ РУХУ ТРАНСПОРТУ

С.А. Баран, асист., О.М. Куцман, ст. викл., Нацюнальний транспортний ушверситет, м. Кшв

Анотац1я. Показано стутнь еплиеу mpueanocmi dii транспортних наеантаженъ на doezoein-тсть асфальтобетонного покриття нежорстких дорожтх odnzie; запропоноеано nidxodu до розрахунку асфальтобетонного покриття тдвищеног doezoei4uocmi на мщтсть, з урахуван-ням багаторазоеог dii транспортних наеантаженъ pi3HOi тривалост1.

Ключов1 слова: асфальтобетон, шари тдсилення, режим руху транспорту, довгов1чтстъ, мщтсть.

ЗАВИСИМОСТЬ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СЛОЕВ УСИЛЕНИЯ ОТ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТА

С.А. Баран, асснст., А.М. Куцман, ст. преп., Национальный транспортный университет, г. Киев

Аннотация. Показана степень влияния продолжительности действия транспортных нагрузок на долговечность асфальтобетонного покрытия нежестких дорожных одежд; предложены подходы по расчету асфальтобетонного покрытия повышенной долговечности на прочность, с учетом многократного действия транспортных нагрузок различной продолжительности.

Ключевые слова: асфальтобетон, слои усиления, режим движения транспорта, долговечность, прочность.

DEPENDENCE OF ASPHALT REINFORCING LAYERS DURABILITY

ON TRAFFIC CONDITION

S. Baran, T. Asst., O. Kutsman, Sr. Lecturer, National Transport University, Kyiv

Abstract. The degree of influence of the duration of transport loads on the durability of asphalt concrete coating of non-rigid road clothing is shown; approaches to calculate the asphalt concrete coating of increased operational life for durability, taking into account the multiple effects of transport loads of different duration are offered.

Key words:asphalt concrete, reinforcing layers, traffic condition, durability, strength.

Вступ

На сьогодш найбшьш поширеним матер1алом для влаштування mapiB тдсилення покриття вулиць i дор1г е асфальтобетон. Вщ-повщно до нормативно! методики розрахунку асфальтобетонних покритпв, зпдно з ВБН В.2.3-218-186 [1], розрахунковою тривалютю

дп навантаження е значения 0,1 секунди (дат с), що вщповщае середнш швидкосп руху вантажних автомобшв 60 км/год. Реаль-ний режим руху транспорту на дорогах не од-норщний, адже, залежно вщ р1вня заванта-ження дороги, швидюсть руху транспорту може змшюватись в межах вщ 0 до 6090 км/год. За зниження швидкосп виникають

ризики затор1в, що призводить до збшьшення середньо! тривалосп навантаження, яка перевищуе 0,1 с, особливо на дшянках дорш ¿з перетинами в одному р1вш, на шдходах до перетину ¿з зал1зничними кол1ями та на зу-пинках.

Анал1з публжацш

Анал1з вщомих дослщжень [2, 3] показуе, що на певних дшянках дор1г тривалють навантаження може збшьшуватися до 20-50 с. Для з'ясування особливостей впливу тривалосп дп навантаження, що перевищуе 0,1 с, на шдстав1 роботи [4] було виконано анал1з розрахункових характеристик асфальтобетону на напружено-деформований стан I довго-в1чшсть покриття дорожнього одягу при ба-гаторазовому статичному 1 короткочасному навантаженнях. У результат! з'ясувалося, що з1 збшьшенням тривалосп д!1 навантаження зменшуеться модуль пружносп асфальтобетону (табл. 1) та шших матер1ал1в, що призводить до зменшення максимальних горизо-нтальних розтягуючих напружень у верхньому шар1 основи з асфальтобетону.

Таблиця 1 Характеристики високопористого асфальтобетону на бтлп БНД марки 60/90 за р1зно! тривалосп дп навантаження

При цьому зменшуються значения мщносп на розтяг при згиш R3T матер1алу (табл. 1), в якому виникають омакс.

Слщ також враховувати те, що мщшсть на розтяг при згиш R3r за збшьшення тривалосп дп навантаження зменшуеться набагато шви-дше, шж максимальш горизонтальш напру-ження розтягу омакс. Саме з ще! причини вщ-буваеться передчасна поява втомних трщин на дшянках, де уповшьнюеться рух транспортних засоб1в.

Мета i постановка завдання

Метою роботи е експериментально-аналь тичне визначення впливу часу навантаження на довгов1чшсть дорожнього одягу. Вщпо-

вщно до цього були виконаш пор1вняльш розрахунки нежорсткого дорожнього одягу, ЩО МЮТИТЬ В OCHOBi чорний ЩебшЬ, i piBHO-мщного дорожнього одягу, який мае в основ! укршлений цементом щебшь.

Результати анал1тичних та експериментальних дослщжень

Результати визначення кшькосп прикладан-ня розрахункового навантаження до моменту руйнування дорожнього одягу (вщносна дов-гов1чн1сть) вщ часу дп навантаження наведе-Hi в таблиц! 2.

Таблиця 2 Вщносна довгов1чтсть дорожнього одягу

Тип основи Час дп наван- Вщносна дов-

дорожнього одягу таження, t, с ГОВ1ЧН1СТЬ, N(t)/N(/=0,1c)

Неукршлена (чорний щебшь) 0,1 1 10 100 1 0,305 0,170 0,108

Укршлена (щебшь, 0,1 1 1 0,314

укршлении цементом) 10 100 0,175 0,138

3 табл. 2 видно, що кшькосп прикладання розрахункового навантаження до моменту руйнування покриття зменшуеться 3i збшь-шенням тривалосп дп навантаження. KpiM того, можна зробити висновок, що змщнення основи дещо збшьшуе И довгов1чшсть за бшьшо! тривалосп д!1 навантаження. Таким чином, проведен! дослщження свщчать, що довгов1чшсть асфальтобетонного покриття нежорстких дорожшх одяпв зменшуеться 3i збшьшенням тривалосп навантаження. При цьому довгов1чшсть асфальтобетонного покриття суттево залежить вщ термореолопчно! чутливосп матер1ал1в основи.

Розглянемо бшьш детально вплив цих фак-тор1в на довгов1чшсть асфальтобетонного покриття нежорстких дорожшх одяпв з основами, що мають р1зну термореолопчну чутливють, на прикладах режим1в навантаження, характерних для дшянок, де можлив1 повшьний pyx i зупинки транспортних засо-6iB. Беручи до уваги загальновщомий факт, який свщчить про те, що час дп навантаження, температура i волопсть по-р1зному впли-вають на деформацшш й мщнюш характеристики дорожньо-буд1вельних матер1ал1в

Розрахунков1 характеристики Тривалють дп навантаження, с

0,1 1,0 10,0 600,0

Модуль пружно-CTi, Е, МПа 2100 1510 1050 510

Мщшсть на розтяг при згиш, R3r, МПа 5,65 3,18 1,79 0,64

дорожнього одягу залежно В1д ix складу i структуры, автори запропонували класифша-щю матер1ал1в за i'x термореолопчною чут-ливютю. При цьому як показник термореоло-ri4Hoi' чутливосп взяли вщношення значень миттевого i тривалого модутв пружностг Дорожньо-бущвельш матер1али роздшили на чотири групи (табл. 3).

Таблиця 3 Групи дорожньо-буд1вельних матер1ал1в за термореолог1чною чутлив1стю

Види дорожньо-буд1вельних матер1ал1в за групами

I (високо чутлив1) II (чутлив1) III (nOMipHO чутлив1) IV (слабо чут-лив1)

Асфальто- бетони, органо- мшераль- Hi cyMimi тощо Матер1али, оброблеш оргашч-ними в'яжучими Матер1али, не оброблеш або оброблеш Mi-неральними в'яжучими в кшькосл менше тж 5 % Матер1али, оброблеш мшераль-ними в'яжучими в кшькосл бшьш тж 5 %, тений цементобетон тощо

За методикою, описаною в роботах [8, 9], було проведено дослщження довгов1чносп нежорстких дорожшх одяпв з асфальтобе-тонним покриттям, яю мають pi3Hi модел1 основи за i'x термореолопчною чутливютю й однаков1 KpHTepii' мщносп за методикою [1] (рис. 1).

Iгрупа

II група

III група

Iгрупа

IV група III група

/^-О"

10 см

15 см

30 см

Рис. 1. Р1вноцшш за традицшними критер1я-ми граничного стану вар1анти дорожшх одяпв: а - з основою з матер1ал1в шд-вищено! термореолопчно! чутливосп (1-й вар1ант); б - те саме, знижено! термореолопчно! чутливост! (2-й Bapianr)

Отримаш результати (рис. 2) свщчать, що вказаш дорожш одяги мають р1зну довгов1ч-н1сть за збшьшення тривалосп дп наванта-ження.

Рис. 2 Залежнють довгов1чност1 асфальтобетонного покриття вщ часу дп наванта-ження за температури 0 °С

Проведен! дослщження свщчать, що для ав-томобшьиих дорп, де можливий повшьиий рух транспорту i зупинки, застосування в основ1 дорожшх одяпв матер1ал1в i3 меншою термореолопчною чутливютю сприяе сутте-вому збшьшеиию довгов1чносп дорожнього одягу (в 2 i бшьше рази). Таким чином, проведен! дослщження дозволяють запропону-вати бшьш доскоиал! модел! асфальтобетон-них покритпв з урахуванням р1зно! тривалосп навантаження на р1зних моделях основи, що мютять матер1али р1зно! термореолопчно! чутливост!.

У зв'язку ¿з зазначеним вище пропонуеться таке. Розрахунок асфальтобетонних mapiB пщсилеиия в мюцях, де тривалють дп навантаження перевищуе 0,1 с, доцшьио проводите на комплексний багаторазовий вплив як короткочасних навантажень (tH = 0,1 с), так i довготривалих нaвaнтaжeнь(tн > 0,1 с). Для тако! комбшацп навантаження скористаемо-ся фундаментальними положениями кшети-чно1 Teopii' мщносп твердих тш [4-7] при розгляд! питания довгов!чносн асфальтобетонного покриття. У цьому випадку, викори-стовуючи закон Майнера, змша вщиосио! довгов!чиосп, виражеио! через Mipy пошко-джуваиосн М вщ кожного циклу бшарного навантаження, може бути записана в такому вигляд! залежиосн (1)

M = M1(c1(tH = 0,1с) + +M2(c2(tH > 0,1с) < 1,

(1)

де

M1 =

M2 =

n(tH = 0,1с)

= 0,1с) n(tH > 0,1 с)

rnp 2(tH > 0,1c) •

(2)

При спшьному вплив! бшариого циклу на втомне руйнування асфальтобетонного пок-

риття за вщомих значень ENp одиниць навантаження i частки 52 в сумарнш кшькосп навантажень ENp вщ транспортних засоб1в,

що створюють тривалють дп навантаження tH > 0,1 с i визначаються на пщстав1 техшко-економ1чних дослщжень, будуть справедли-вими вирази (3)

N1 + N2 = EN; N1 = (1 -52)-EN; 5:= N

2 EN

(3)

Вищенаведеш викладки свщчать, що для вь дповщних режим1в навантаження можна встановити граничну кшьшсть прикладання навантаження на асфальтобетонне покриття нежорсткого дорожнього одягу для бшарно-го циклу навантаження при = 0,1 с \ > 0,1 с. За допомогою дано! методики були виконаш розрахунки конструкцп дорожнього одягу з асфальтобетонним покриттям.

Конструкщя складаеться з таких шар1в: асфальтобетон щшьний на БНД марки 60/90, товщиною 40 мм; асфальтобетон пористий на БНД марки 60/90, товщиною 80 мм; асфальтобетон високопористий на БНД марки 60/90, товщиною 220 мм; щебенево-пщана сумш, оброблена цементом М20, товщиною 260 мм; грунт земляного полотна - сушсок пилуватий.

Попереднш розрахунок конструкцп на мщшсть, вщповщно [1], для розрахунково! тривалосп дп навантаження 0,1 с показав, що обрана конструкщя задовольняе вс1м крите-р1ям мщносп. Однак за збшьшення тривалосп навантаження на дорожнш одяг з 0,1 с до 1 с, вщповщно до запропоновано! методики, результати розрахунку показали - обрана конструкщя не вщповщае критерда мщносп на розтяг при згиш, що вимагае внесения вь дповщних коректив. Внаслщок внесения ко-ректив виявилося, що для компенсацп змен-шення коефщента мщносп, за збшьшення тривалосп дп навантаження на дорожнш одяг з 0,1 с до 1 с, ефективною виявилася замша високопористого асфальтобетону на щшьний, що мае пщвищену мщшсть 1 стш-юсть до повторних навантажень. Аналопчш результати отримали при розрахунку конструкцп ¿з застосуванням у шарах основи ма-тер1ал1в, оброблених цементом.

Висновок

Для забезпечення необхщно! мщносп й пщ-вищено! довгов1чносп при розрахунку асфа-льтобетонних mapiß пщсилення слщ врахо-вувати тривалють дй' навантаження та вщповщш йому розрахунков1 характеристики матер1ал1в.

Лггература

1. Споруди транспорту. Дорожнш одяг не-

жорсткого типу: ВБН В.2.3-218-186-2004. - [Чинний вщ 2005-01-01]. - К.: Укравтодор, 2004. - 152 с. - (Стандарт Укравтодор).

2. Бесараб О.М. Пщвищення трщино-стшкосп асфальтобетонних mapiß з вра-хуванням часу дй навантаження: дис. ... канд. техн. наук : 05.22.11 / О.М. Бесараб. - К., 2003. - 253 с.

3. Рудюк В.В. Проектирование дорожных

одежд многополосных городских улиц и дорог с учетом распределения транспортных нагрузок по проезжей части: дис. ...канд. техн. наук: 05.23.14 / В.В. Рудюк. - К., 1998. - 271 с.

4. Мозговой В. В. Научные основы обеспече-

ния температурной трещиностойкости асфальтобетонних покрытий: дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.11 / В.В. Мозговой. - К., 1996. - 406 с.

5. Ильюшин A.A. Об одной теории длитель-

ной прочности / A.A. Ильюшин // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. -1967. - № 4. - С. 21-35.

6. Ильюшин A.A. Основы математической

теории термовязкоупругости / A.A. Ильюшин, Б.Е. Победря. - М.: Наука, 1970. - 280 с.

7. Москвитин В. В. Сопротивление вязкоуп-

ругих материалов / В.В. Москвитин. -М.: Наука, 1972. - 327 с.

8. Смолянець В. В. Удосконалення проекту-

вання асфальтобетонного покриття нежорсткого дорожнього одягу в умовах мют: дис. ... канд. техн. наук : 05.22.11 / В.В. Смолянець. - К., 2005. - 195 с.

9. Мозговая Л. А. Прогрессивные технологии

капитального ремонта дорожных одежд / Л.А. Мозговая, A.B. Мозговой, В.В. Мозговой и др. // Дорожная техника. - 2007. - С. 126-139.

Рецензент: В.О. Золотарьов, професор, д.т.н., ХНАДУ.