Проектирование дорожной одежды

 

Реферат

…страниц,  4   таблиц, 8 рисунков,  1 приложение

 

ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА, КОНСТРУКТИВНЫЕ СЛОИ, ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО, УПРУГИЙ ПРОГИБ, СДВИГ, СЛАБОСВЯЗНЫЕ СЛОИ,  РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ, МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ, ГРУНТ.

 

В данной курсовой работе, по дисциплине «Основы проектирования автомобильных дорог», на тему «Расчет дорожной одежды», рассмотрен порядок расчета нежесткой дорожной одежды по нескольким параметрам.

Цель курсовой работы –  закрепление теоретических знаний и развитие навыков по конструированию  нежестких дорожных одежд.

В ходе выполнения курсовой работы было назначено два варианта конструкции дорожной одежды. Один вариант рассчитан по упругому прогибу, по сдвигу в подстилающем грунте земляного полотна и в слабосвязном материале слоя дорожной одежды, на растяжение при изгибе монолитных слоев, на морозоустойчивость, а второй - с помощью ЭВМ в программе «Indor Pavement» рассчитан по упругому прогибу.

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….....

1. Краткая характеристика и анализ природных условий…………………...

  района проложения дороги

2. Определение технической категории автомобильной ……………………

дороги и основных технических  нормативов на ее

проектирование

3. Назначение конструкции дорожной одежды……………………….….…
1. Определение типа дорожной одежды…………………………………
2. Сбор нагрузок и определение требуемого модуля ……………….…

упругости

3. Назначение конструкции дорожной одежды……………………...…
4. Расчет дорожной одежды…………………………………………….……
1. Расчет по упругому прогибу……………………………………….…..
2. Расчет дорожной одежды по сдвигоустойчивости………………..…

 подстилающего грунта и слабосвязных материалов

 конструктивных слоев.

1. Общие положения……………………………………….……….
2. Расчет сдвигоустойчивости грунта земляного……………...…

полотна

3. Расчет монолитных слоев на сопротивление разрушению………….

 при изгибе

4. Проверка дорожной одежды на морозоустойчивость …………….…

Заключение ……………………………………………………………………..

Список используемых источников………………………………………………

Приложение А……………………………………………………………………..

 

 

 

 

 

 

Введение

Дорожное одежда является наиболее дорогостоящей частью автомобильной  дроги. Затраты на ее устройство достигают 60% общей стоимости строительства. Именно она подвергается непосредственному  воздействию транспортных нагрузок и природных факторов. Дорожная одежда работает в более тяжелых условиях чем другие дорожные сооружения на дорогах. Поэтому к конструкциям дорожных одежд необходимо подходить  наиболее внимательно, сочетая в  ее конструкции прочность и надежность, и контроль качества на всех этапах строительства.

Курсовая работа «Расчет  дорожной одежды» позволяет овладеть основными правилами и методами расчета нежестких дорожных одежд. Данная работа так же способствует получению знаний и навыков необходимых  при расчете дорожных одежд по упругому прогибу, по сдвигу, на сопротивление  разрушению от растяжения при изгибе и проверки на морозоустойчивость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Краткая характеристика  и анализ природных условий  района проложения дороги

Данные о природно-климатических  условиях района проектирования взяты  из СНиП 2.01.01.-82 «Строительная климатология и геофизика» [1].

В Рязанской области в год выпадает 614мм осадков в виде дождя, объем снегопереноса составляет 200м/м³, а глубина промерзания грунта равна 140 см. Из СНиП 2.05.02-85^* «Автомобильные дороги» [2] определяем, что Рязанская область находится в 3 дорожно-климатической зоне. Данные о среднемесячных температурах наружного воздуха приведены в таблице 1. На рисунке 1 изображен климатический график. Данные о повторяемости ветра показаны в таблице 2 и изображены на рисунке 2 в виде розы ветров.

Средняя температура наружного  воздуха по месяцам, согласно данным таблицы 1 [2], приведена в таблице 1.1, а так же показана на рисунке 1.1.

 

Таблица 1 – Средняя температура наружного воздуха по месяцам

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
t,˚С	-11,1	-10,4	-5,4	4,1	12,6	16,7	18,8	17,1	11,2	4,2	-2,6	-8,2

 

 

 

 

Рисунок 1 – Средняя температура наружного воздуха по месяцам

 

Повторяемость ветра в  январе и июле в соответствии с  приложением 4 [2], приведена в таблице 2 и показана графически на рисунке 2

Таблица 2 – Повторяемость направлении ветра

Румб		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Повторяем. направл. ветра, %	В январе	7	5	8	15	17	23	14	11
	В июле	13	9	10	9	8	12	20	19

 

 

 

                 

Рисунок 2 – Повторяемость направлении ветра

 

2 Определение  технической категории автомобильной  дороги и основных технических  нормативов на ее проектирование

Перспективная интенсивность  движения , авт/сут, определяется по формуле:

 ,                                              (1)

 

где  - исходная среднесуточная интенсивность движения,

= 2100 авт/сут;

q - процент ежегодного прироста интенсивности движения, q= 0,022;

t – количество лет расчетного периода, t= 20 лет;

По формуле (1):

3176 авт/сут;

Перспективная интенсивность  движения , пр.ед/сут, приводимая к легковому автомобилю, определяется по формуле:

 

где - доля i-го транспортного средства в составе транспортного потока;

- коэффициент  приведения i-го транспортного средства к легковому автомобилю (согласно таблице 2 [1])

=

 

По таблице 1 [1] при значении перспективной интенсивности 12431 авт/сут, автомобильная дорога относится к третьей технической категории.

По данным таблиц 3, 4, 7, 10 [1] определяются основные технические нормативы данной дороги, и сводятся в таблицу 2.1.

 

 

 

Таблица 2.1 – Основные технические  нормативы дороги

Наименование параметра			Значение
Расчетная скорость, км/ч			100
Число полос движения			2
Ширина полос движения, м			3,5
Ширина проезжей части, м			7,0
Ширина обочины, м			2,5
Ширина укрепл. полосы обочины, м			0,5
Ширина земляного полотна, м			12
Поперечный уклон проезжей части, %ₒ			20
Наибольший. продольный уклон, %ₒ			50
Наименьший радиус кривой в плане, м			600
Наименьший радиус кривой в продольном профиле, м		выпуклой	10000
		вогнутой	3000
Наименьшее расстояние видимости, м	Встречного  автомобиля		350
	Поверхности дороги		200

 

 

3 Назначение конструкции  дорожной одежды

3.1 Определение  типа дорожной одежды

В соответствии с рекомендациями по ОДН 218 046 – 01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» [3], для автомобильной дороги третьей технической категории назначается дорожная одежда капитального типа с усовершенствованным покрытием.

3.2 Сбор нагрузок и определение  требуемого модуля упругости

В качестве расчетной схемы  нагружения конструкции дорожной одежды принимается воздействие кругового  штампа D, передающего равномерно распределенную нагрузку P, за расчетную принимается нагрузка, соответствующая предельной нагрузке на ось, расчетного двухосного автомобиля, в качестве расчетного автомобиля принимается автомобиль группы А2 (по таблице п1.1 [3]).

При наличии в составе  транспортного потока более 5% автобусов, принимают расчетный автомобиль А2, менее или равно 5% автобусов - А1. В данной курсовой работе принимается автомобиль А2, со следующими параметрами:

1. Нагрузка на ось кН= 110;
2. Р, МПа =  0,6;
3. D,см = 39;

Перспективная интенсивность  движения на последний  год срока  службы дорожной одежды определяется по формуле:

 

где  t сл– срок службы дорожной одежды капитального типа с

             усовершенствованным покрытием определённый по приложению 6 таб. 2 (t=16 лет);

По формуле (3):

 

Определяется перспективная  интенсивность движения на последний  год срока службы одежды для разных видов транспортных средств в  составе потока по формуле:

 

где – доля i-го вида транспортного средства в потоке, определяется по

     заданию;

Вычисления по формуле (4) для различных видов транспортных средств:

1. ГАЗ-53А            

 

2. ЗИЛ-130

 

3. КамАЗ-5320

                            

4. МАЗ-500А

 

5. Автобусы

 

6. Легковые автомобили

 

 

Приведенная к расчетному автомобилю интенсивность движения на последний срок службы дорожной одежды определяется по формуле:

 

где  ‒ коэффициент полосности учитывающий число полос и

распределение движения по ним определяется по табл 3.2 [3], =0,55;

 ‒ количество проездов в сутки транспортного средства i-го вида,

авт/сут;

 ‒ суммарный коэффициент приведения, воздействующий на

дорожную одежду транспортного  средства i-го вида к расчетной

нагрузке (по таблице п1.3 [3]) в зависимости от типа автомобиля

По формуле (5) получаем:

 

 

Суммарное расчётное число  приложений расчётной нагрузки в  точке на поверхности покрытия за срок службы определяется по формуле:

                                                               (6)

где  Кс – коэффициент суммирования, по табл п6.3[3], Кс = 17,2;

 Т_рдг – расчётное число расчётных дней в году, соответствующий                                              определённому состоянию деформируемости конструкции,

          таблица п6.1[3], для Рязанской области Т_рдг=125 дней;

  К_п – коэффициент учитывающий вероятность отклонения суммарного  

         движения  от  ожидаемого, по таблице  3.3 [3], для капитального

         типа дорожной одежды К_п=1,38;

  Т_сл – рекомендуемый расчётный срок службы дорожной одежды, по

           таблице п6.2  Т_сл=16 лет;

   q – показатель изменения интенсивности движения данного

        типа  автомобиля по годам, q=1,022.

По формуле (6) получим:

 

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям  прочности и надёжности по величине упругого прогиба при выполнении условия:

,                                                   (7)                                     

где Е_об – общий расчётный модуль упругости, МПа;

      Е_min – минимальный требуемый модуль упругости конструкции, МПа;

      – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по 

       критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от

       требуемого уровня надёжности, по таблице 3.1[3] ;

Величина минимально требуемого модуля упругости определяется по формуле:

;                                      (8)

 

где С – эмпирический параметр определяемый  для А2, С=3,25;

По формуле (8):

 

Полученное значение сравниваем с минимально допустимым для дороги третьей технической категории

Так как , то в расчет принимаем ;

Далее находим общий расчетный  модуль упругости по формуле (7):

;

Принимаем к дальнейшему расчету Еоб=300МПа.

 

3.3 Назначение  конструкции дорожной одежды

     В соответствии  с рекомендациями таблицы 3.9 методических  указании «Расчет нежесткой дорожной  одежды» [4] при общем модуле упругости равном 300 МПа общая толщина верхних слоев назначается равной 12 см.

Рисунок 3– Конструкция  дорожной одежды

1 – мелкозернистый асфальтобетон  плотный марки I на БНД60/90;

2 – пористый крупнозернистый асфальтобетон на БНД60/90;

3 – слой основания щебень фракционированный ;

4 – гпс;

5 – песок средней крупности;

Грунт-тяжелый суглинок

 

Расчетные характеристики материалов слоев дорожной одежды и грунта земляного  полотна представлены в таблице 3.

 

Таблица 3–«Расчетные характеристики материалов слоев дорожной одежды»  

 

Для определения модуля упругости  грунта земляного полотна необходимо рассчитать влажность его по формуле:

W_p = ( _таб + D₁ - D₂ )(1 + 0,1t) - D₃,                                       (9)

где   _таб – среднее многолетнее значение относительной (в долях от

границы текучести) влажности  грунта, наблюдавшееся в наиболее

неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного

полотна, отвечающего нормам СНиП по возвышению над источниками

увлажнения, на дорогах с  усовершенствованными покрытиями и

традиционными основаниями  дорожных одежд (щебень, гравий и т.п.), и

при суммарной толщине одежды до 0,75 м, определяемое по табл.

П.2.1[3] в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны

(рис. П.2.2[3]),схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта

_таб=0,60; 

D₁ - поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая

 по табл. П.2.2 [3], D₁ =0,00;

D₂ - поправка на конструктивные особенности проезжей части и

обочин, устанавливаемая  по табл. П.2.3 [3], D₂ =0,02;

D₃ – поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев

дорожной одежды, устанавливаемая  по графику рис. П.2.1 [3], D₃ = 0;

t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в

зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2[3]

t=1,71

По формуле 10 рассчитанная влажность грунта составляет:

=(0,60+0,00-0,02)(1+1,71*0,1)-0=0,68%

 

4 Расчет дорожной  одежды

 

Общая последовательность расчета:

1. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба.
2. Расчет дорожной одежды  отвечающий критерию упругого прогиба по сдвигоустойчивости в слабосвязных слоях и по грунту.
3. Расчет дорожной одежды отвечающей первому и второму критерию по сопротивлению материалов монолитных конструктивных слоев, возникающим в них растягивающих напряжений.
4. Проверка конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость.

 

4.1 Расчет по  упругому прогибу 

Расчет дорожной одежды по упругому прогибу производится на основании  решения задач теории упругости  для двухслойной системы, в которой  верхний слой имеет конечную толщину, а нижний представляет собой упругое  пространство, бесконечно простирающееся вниз с заданными свойствами.

Схема расчетной двухслойной  системы показана на рисунке 4

 

Рисунок 4 – Схема двухслойной  расчетной системы

Расчет по упругому прогибу  для первого  варианта конструкции  дорожной одежды выполняется послойно с приведением многослойной конструкции  к эквивалентной двухслойной  системе, загружаемой гибким круговым штампом. Выполняя расчет сверху вниз с помощью номограммы приведенной  на рисунке 3.1 [3] определяются общие модули упругости на поверхности каждого конструктивного слоя, затем выполняется расчет снизу вверх определяют требуемую толщину слоя при заданном модуле упругости. При определении искомых величин по номограмме для каждой эквивалентной системы определяют два из трех отношений:

;                                                                                                               (10)

;                                                                                                             (11)

                                                                                                            (12)

После чего на номограмме определяется третье отношение, а из него искомая  величина.

1)  Определение общего модуля упругости Е’ на поверхности 2-го слоя дорожной одежды. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

По формулам (10), (11):

 

 

По номограмме определяем: 0,073;

 

2) Определение общего  модуля упругости на поверхности  3-го слоя дорожной одежды  Е’,  МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

По формулам (11), (12):

 

 

 

По номограмме определяем : = 0,085

 

 

3. Определение общего модуля упругости на поверхности 5-го слоя Е’, МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

            По формулам (10),  (11):

 

 

 

 

По номограмме: = 0,445

 

 

 

4. Определение общего модуля упругости на поверхности 4-го слоя Е’, МПа. Расчетная схема представлена на рисунке 5

 

            По формулам (10),  (11):

 

 

 

 

По номограмме: = 0,37

 

 

 

5. Определение требуемой толщины слоя основания. Расчетная схема представлена на рисунке 5

           По формулам  (11), (12):

 

 

 

 

 

По номограмме определяем: =0,58 
см 
 

 

             4.2 Расчет дорожной одежды по сдвигоустойчивости подстилающего

             грунта и слабосвязных материалов  конструктивных слоев.

 

4.2.1 Общие положения 

 

Дорожную одежду проектируют  из расчета, что бы под действием  кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или  в малосвязных слоях не накапливались  недопустимые остаточные деформации.

Для обеспечения прочности  по критерию сдвигоустойчивости должно выполняться условие:

                                                  

где Т – расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигаемого

             напряжения не погашенного внутренним  трением) в расчетной

             (наиболее сжатой) точке конструкции  от действия временной 

             нагрузки;

      Тпр – предельная  величина активного напряжения сдвига, МПа;

        коэффициент требуемой прочности, определяемый с учетом

                 заданного уровня подвижности  по таблице 3.1 [3] 

Расчетное активное напряжение сдвига определяется по формуле:

 

где  – удельное активное напряжение от единичной нагрузки,

            определяется по номограмме на рисунках 3.2 и 3.3 [3],

0,013;

        р  – величина распределенной нагрузки  от колеса расчетного

              автомобиля, р=0.6 МПа.

 

 

         4.2.2  Расчет по сдвигоустойчивости  земляного полотна 

 

Расчет выполняется методом  последовательного приближения  с привидением конструкции дорожной одежды к двухслойной расчетной  системе.

 

 

 

 

 

 

 Схема для расчета  представлена на рисунке 6

Рисунок 6 – Схема для  расчета по сдвигоустойчивости подстилающего  грунта

 

Средний модуль упругости  дорожной одежды определяется по формуле:

 

где Еi – модуль упругости материала конструктивного слоя ( при

              расчетной температуре соответствующей  ДКЗ) ;

       hi – толщина i-го слоя.

По формуле (16):

 

Определим отношения:

                                       9,5;

 

По номограмме получаем:  =0,0125;

По формуле (14) активное напряжение сдвига составляет:

Т=0,013*0,6=0,0078 МПа

Предельное напряжение сдвига определяется по формуле:

 

где CN – сцепление в грунте земляного полотна, принимается по П2[3],

                CN = 0,007 МПа;

       Kq – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкций

                на границе песчаного слоя  со слоем основания, для грунта

                Кq=1;

       ср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев,

                 расположенных выше проверяемого  слоя;

       Zon – глубина расположения проверяемого слоя от верха

                конструкции, Zon=63 см;

 – расчетная  величина угла внутреннего трения  материала

                поверхностного слоя при статическом  действии

               нагрузки,

 

Средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев определяется по формуле:  

 

По формуле (17):

 

 

 

По формуле (16) предельное напряжение сдвига составляет:

 

Проверим условие по формуле (14) :

Т= 0,0078≤0,0089/1,0=0,0078≤0,0089

Условие выполняется, следовательно, сдвигоустойчивость грунта земляного  полотна обеспечена.

 

4.3 Расчет монолитных слоев  на сопротивление разрушению  при изгибе.

 

В монолитных слоях дорожной одежды (асфальтобетон, дегтебетон, материалы  и грунты, укрепленные вяжущими) напряжения, возникающие при прогибе  одежды под действием повторных  кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушение структуры материала  и приводить к образованию  трещин. Для этого должно быть обеспечено выполнение условия:

 

где  - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом

               слое;

 

- расчетное сопротивление  растяжению при изгибе с учетом

              усталостных явлений;

 – требуемое  значение коэффициента прочности  с учетом за-

                данного уровня надежности =1,0 при =0,95;

Расчетное растягивающее  напряжение определяется по формуле:

  ,                                                   (19)

где - растягивающее напряжение от еденичной нагрузки по

             номограмме по рисунку 3.4 [3];

      Кв – коэффициент учитывающий особенности напряженного

              состояния покрытия под колесом,

              для спаренного баллона Кв=1,0;

       р –  расчетное удельное давление  на покрышке от колеса расчетного

            автомобиля, р=0,6МПа

Расчетное сопротивление  растяжению при изгибе определяется по формуле:

                               (20)

где – нормативное значение сопротивления растяжению при изгибе

              при расчетной низкой весенней  температуре при однопрокатном

             приложении нагрузки, согласно таблице  П3.1[3], =8,00МПа;

     – коэффициент учитывающий снижение прочности вследствии

             усталостных явлении при многократном  действии нагрузки;

 – коэффициент  учитывающий снижение прочности  в результате

             действия природно-климатических  факторов, определяется по

              таблице 3.6 [3], =0,80

 – коэффициент  вариаций прочности на растяжение, п4[3] =0,1

     t – коэффициент нормированного отклонения, при надежности 0,95

          t=1,71

 определяется по формуле:

 

где α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и

             лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а

             также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой)

              температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего

             слоя по влажности, определяемый по табл. П.3.1 [3], α = 7,1;

       m – показатель степени, зависящий от свойств материала

              рассчитываемого монолитного слоя (табл. П.3.1 [3]); m = 4,3.