Н В Долгополова, С В Долгополов, В А Голендер - Состояние вопроса о методах и критериях расчета дорожных одежд - страница 1

Страницы:
1 

УДК 539.3 : 625.7/8

Н.В.ДОЛГОПОЛОВА, канд. техн. наук

Институт проблем машиностроения НАН Украины, г.Харъков С.В.ДОЛГОПОЛОВ, В.А.ГОЛЕНДЕР, канд. техн. наук

Гуманитарно-технический институт, г.Харъков

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О МЕТОДАХ И КРИТЕРИЯХ РАСЧЕТА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Рассматриваются основные методы конструирования и расчета дорожных одежд, которые применяются в странах СНГ, Западной Европы и в США. Предлагается подход к решению подобных задач.

История развития транспортных коммуникаций геополитически сложилась так, что в Европе и в США строились автомобильные доро­ги, причем высокого качества. Для этого имелись объективные пред­посылки: благоприятные климатические условия для соответствующе­го содержания автомагистралей в условиях умеренных температурных перепадов годичного цикла; наличие парка высокотехнологичных до­рожных машин; существование развитой экспериментальной базы для апробаций инновационных идей и решений.

В то же время на территории Евразии (СССР, в последствии СНГ) интенсивно развивалась иная инфраструктура - сеть железных дорог. Это обусловлено значительной протяженностью территории с запада на восток и с юга на север, неблагоприятными циклическими перепа­дами температур воздуха от -55°С до +45°С и другими факторами, что мешало сбалансированно развивать железнодорожные и автомобиль­ные сети.

Квалифицированный подход к этой проблеме, безусловно, дол­жен отвечать современным требованиям, предъявляемым к решению задач реконструкции и модернизации существующих, строительству новых автомобильных дорог [1-6]. Прежде всего, формированию на­учно обоснованных задач корректного построения расчетных моделей для проектирования дорожных одежд, а также методологии численной реализации непрерывно уточняемых методик.

Дорожная одежда, как наиболее ответственный элемент автомо­бильной коммуникации, должна обладать высокими эксплуатацион­ными характеристиками, и, соответственно, быть достаточно прочной. То есть она под воздействием многократно повторяющихся нагрузок должна сохранять на протяжении срока службы сплошность и ров­ность своей первоначальной структуры.

Верхний слой (как правило, несколько слоев) представляет собой дорожное покрытие, которое влияет на транспортно-эксплуатацион­ные свойства одежды.

Один или несколько нижних слоев образуют основание, назначе­ние которого заключается в том, чтобы придать одежде прочность при воздействии статических и динамических нагрузок, а также устойчи­вость к влиянию усталостных и климатических факторов.

1. Подходы к задачам, решаемым в странах Западной Европы и США.

Большинство расчётных методов, применяемых в США и странах Западной Европы, основаны на эмпирических зависимостях между несущей способностью грунта земляного полотна (CBR), числом при­ложений нагрузки, эквивалентной толщиной дорожной одежды. Это методы: Лидл (Асфальтовый институт США); Инженерного корпуса (США); метод Шук и Финн (Бюро общественных дорог, США); Цен­тральной лаборатории путей сообщения (Франция); Нефтяной компа­нии Шелл (США); Дорожно-исследовательской лаборатории (Велико­британия) и др. [5].

В них приведённую толщину дорожной одежды Hpr, исходя из значения CBR (несущая способность по калифорнийскому методу) и интенсивности движения, определяют по формуле

Hpr= a1h1 + a2h2 + a3h3, где a;, a2, a3 - эмпирические коэффициенты, отражающие прочност­ные свойства покрытия, верхнего и нижнего слоёв основания [7]; h;, h2, h3 - соответственно толщины покрытия, верхнего и нижнего слоёв основания.

Большинство схем расчёта дорожных одежд, принятых за рубе­жом, базируются на этой зависимости. То есть, дефицит теоретических представлений о напряжённо-деформированном состоянии (НДС) компенсируется достаточно большим количеством эмпирических дан­ных.

Теоретические аспекты в этих методах практически не использу­ются.

2. Подходы к решению задач в СНГ, в том числе и в Украине. Учитывая особенности, характеризующие качество дорожной одежды, которые исследовались в работах ученых-дорожников МАДИ, ХНАДУ, филиалов СоюздорНИИ и др. [5, 7-13], можно выделить сле­дующие основные направления решения этих задач: оценка величины нормативного прогиба (модуля упругости), расчет дорожных одежд по условиям местного предельного равновесия, расчет связных слоев до­рожных одежд на изгиб.

1) А именно:метод МАДИ. В качестве основного показателя предлагается нормативный прогиб (модуль упругости) под колесом расчетного ав­томобиля. Значение прогиба зависит от интенсивности движения [5, 12, 14];

2) метод Ленинградского филиала СоюздорНИИ. Основными расчетными показателями являются: сопротивление сдвигу грунта земляного полотна и малосвязных конструктивных слоев дорожной одежды и предельное растягивающее напряжение при изгибе в моно­литных слоях [5];

3) метод ХНАДУ. Здесь в качестве основного расчетного показа­теля принят расчетный прогиб. Особое внимание обращено на условия IV и V дорожно-климатических зон (зона недостаточного увлажнения IV и засушливая зона V) [5]. Метод связан с повышением модуля уп­ругости верхней части земляного полотна путем улучшения водно-теплового режима, а также с повышением степени уплотнения грунта.

В приведенных методах предусмотрен расчет слоев из связных материалов на растяжение при изгибе.

На основе этих подходов были разработаны соответствующие ме­тоды конструирования и расчета нежестких дорожных одежд.


Отметим, что существующие методы проектирования нежестких дорожных одежд можно разделить на пять основных групп (рис.1).

Проектирование дорожных покрытий основываются преимуще­ственно на эмпирических методах. Это означает, что зависимости ме­жду исходными данными (нагрузка, свойства материалов слоев и др.) и отказом дорожного покрытия получены либо опытным путем, либо экспериментально, либо их комбинацией.

Научные исследования в области проектирования дорожных одежд нежесткого типа в последние пятьдесят лет направлены на пе­реход от эмпирических подходов к более мощной и адаптивной схеме проектирования, а именно к механико-эмпирическому методу (МЭМ).

Для более точного проектирования покрытия дороги и предсказания ее цикла жизни МЭМ учитывает не только механические свойства по­крытия, а также информацию о количестве подвижных назгрузок, климатических данных, работе покрытия в процессе эксплуатации и другие изменяющиеся условия. Соотношения между этими величина­ми описываются при помощи математических моделей.

При этом выполняется теоретическая оценка отклика дорожной одежды на приложенную внешнюю нагрузку. А с помощью различных критериев и методов расчета на прочность многослойной дорожной одежды численно определяют деформации, напряжения и перемеще­ния в заданных точках от воздействия нагрузки, передаваемой транс­портными средствами.

Полученные значения используются для установления допусти­мого уровня надежности конструкции в целом при помощи необходи­мых критериев. Спроектированное дорожное покрытие проверяется по критерию прочности, и если условие прочности для принятого крите­рия не удовлетворяется, тогда вводятся изменения в проекте.

На рис.2 показана схема проектирования дорожной одежды с применением механико-эмпирических методов.

 

Оценка прочности дорожной одежды

 

Оценка свойств доступных материалов

 

Оценка интенсивности движения, N

 

Критерии надежности и долговечности W

 

Подбор толщины слоев дорожной одежды согласно теории упругости

 

Вычисление деформаций, напряжений и перемещений в заданных точках

 

Определение допустимого уровня надежности конструкции и допустимой интенсивности Nд на основании эмпирических данных

нет    ^   Другие критерии

^ Стоп ^

Рис.2 - Схема проектирования дорожной одежды при помощи механико-эмпирических методов

Применение механико-эмпирических методов для проектирова­ния дорожных одежд позволяет расширить возможности, связанные с совершенствованием существующих, с созданием новых методик рас­чета НДС состояния многослойных нежестких дорожных одежд. Кро­ме того, применение данных методов дает возможность более эффек­тивно использовать накопленный экспериментальный материал, со­кратить время расчетов при проектировании и подойти к оптимально­му проектированию дорожных одежд.

Поэтому для проектирования дорожных одежд предпочтительнее основываться на теоретических разработках, проводимых на базе со­временных научных достижений, и, по возможности, избегать чисто эмпирического подхода.

1.American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). AASHTO Guide for Design of Pavement Structures. American Association of State Highway and Transportation Officials. Washington, D.C., 1993. - 640 p.

2.Haas, R.; Hudson, W.R. and Zaniewski, J. Modern Pavement Management. Krieger Publishing Company. Malabar, FL, 1994. - 583 p.

3.Huddleston, J.; Buncher, M. and Newcomb, D. (2000). Perpetual Pavements. A con­cept paper written for the Asphalt Pavement Alliance (APA).

4.Карташкова Л.М. Основы проектирования автомобильных дорог. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006. - 142 с.

5.Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд / Под. ред. Н.Н.Иванова. - М.: Транспорт, 1973. - 328 с.

6.AASHO. Road test, Washington, 1962, 300 s, 1965. - 370 p.

7.Shell 1963. Design Charts for flexible pavements. - London, 1963. - 55 p.

8.Road Note 29. A guide to the structural design of flexible and rigid pavements for new roads. Road research Laboratory. - London, 1970. - 65 р.

9.Бируля А.К. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд автомо­бильных дорог. - М.: Транспорт, 1964. - 167 с.

 

10.Иванов Н.Н. и др. Расчет и испытание нежестких дорожных одежд. - М.: Выс­шая школа, 1969. - 99 с.

11.Иванов Н.Н., Коганзон М.С., Коновалов С.В. Основы новой методики расчета жестких дорожных одежд учетом повторности воздействия нагрузок. - М.: Высшая школа , 1969. - 51 с.

12.Корсунский М.Б. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами. - М.: Транспорт, 1966. - 153 с.

13.Методические указания по оценке прочности и расчету усиления нежёстких дорожных одежд. - М.: ГИПРОДОРНИИ, 1974. - 79 с.

14.Апестин В.К., Шак А.М., Яковлев Ю.М. Испытания и оценка прочности нежё­стких дорожных одежд. - М.: Транспорт, 1977. - 102 с.

Получено 22.08.2007

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н В Долгополова, С В Долгополов, В А Голендер - Состояние вопроса о методах и критериях расчета дорожных одежд