Будівництво та цивільна інженерія. Технології будівельних конструкцій, виробів і матеріалів. Лекція №6

1.

ЛЕКЦІЯ №6
з дисципліни ВС.3 “Механіка дорожніх одягів”
для спеціальності 192 «Будівництво та цивільна
інженерія»
за спеціалізацією “Технології будівельних
конструкцій, виробів і матеріалів”.
Лектор:
професор, доктор технічних наук
Мозговий Володимир Васильович
(завідувач кафедри дорожньо-будівельних матеріалів і
хімії, д.т.н., професор)

2. Вхідний контроль на лекції №6

1. Вимоги
до
механіко-математичних
моделей
дорожнього одягу.
2. З чого складається механічна модель дорожнього
одягу? Що таке модель плити? Що таке модель шару? У
чому полягає їх відмінність?
3. Однорідний пружній напівпростір. Шаруватий пружній
напівпростір. Формула для загального модуля пружності
двошарового напівпростору. Напруження в шаруватому
напівпросторі.
4. Що таке граничний стан? За якими групами граничних
станів розраховують дорожній одяг та яка їх мета? За
якими основними нормативами розраховують дорожній
одяг?
5. Розрахунок за несучою здатності шарів із зв’язних
матеріалів.
6. Розрахунок
за
несучою
здатністю
шарів
із незв’язних матеріалів.

3. Тема лекції № 6

Розрахунок за недопустимими
деформаціями,
що затрудняють експлуатацію
конструкції.
Розрахунок асфальтобетонного
покриття на температурну
тріщиностійкість

4. План лекції №6

1. Розрахунок за недопустимими деформаціями,
що затрудняють експлуатацію конструкції.
2. Розрахунок асфальтобетонного покриття на
температурну тріщиностійкість.

5. 1 Розрахунок за недопустимими деформаціями, що затрудняють експлуатацію конструкції

Варто було б, по-перше, прогнозувати глибину колії і, подруге, висоту і глибину (амплітуду) подовжніх нерівностей.
Глибиною колії називають найбільший просвіт між поперек
покладеною рейкою і поверхнею покриття.
Так, у Німеччині на швидкісних дорогах I класу, де
швидкість руху не обмежена, лімітують d<10 мм, щоб не
допустити аквапланування при застої води під час дощу і
втрати керування автомобілем. На дорогах IV класу
припускається d<30 мм. У Англії та Німеччині критичною
вважають глибину колії 15-20 мм. Якщо глибина колії досягає
гранично допустимого значення, передбачають вирівнювання
(холодне фрезерування, тощо) із наступною укладкою шару
підсилення.
У Росії для капітальних дорожніх одягів передбачений
гранично допустимий просвіт під 3-х метровою рейкою d=5,7
мм.

6.

Подовжні хвилеподібні нерівності затруднюють проїзд і
перевантажують підвіску автомобіля. При русі вантажних
автомобілів незалежно від швидкості частота коливань
навантаження, що передається колесом покриттю
знаходиться в межах f = 0 – 20 Гц. При цьому незалежно від
швидкості руху модальна частота основної гармоніки f = 2 – 4
Гц. Це значить, що період коливань навантаження складає
1
T
0,25 0,50сек.
f
Помічено, що ця частота має один порядок із частотою
власних коливань автомобілів із вантажем.
Мабуть, саме цим обумовлено утворення подовжніх
нерівностей. При v=72км/год=20м/с. періоду 0,25-0,50 сек.
будуть відповідати відстані між впадинами (або між
вершинами) L=20м/с×(0,25...0,50)=5–10м.

7.

За кордоном середні зміни подовжнього ухилу вимірюють
спеціальними профілографами і нормують. Наприклад, у Бельгії
іср 0,03
для доріг I класу
для II класу іср 0,02 .
У нас нормують показник поштовхоміра, наприклад, для
капітальних покриттів, установленого на автомобілі, не
повинен перевищувати допустимих значень.

8.

Проте поки що методи прогнозування накопичення
залишкових переміщень поверхні дорожнього покриття
не розроблені. Зараз ведуться інтенсивні дослідження в
напрямку прогнозування накопичення поперечних
нерівностей - глибини колії в залежності від конструкції
дорожнього одягу, виду і складу ґрунту, навантаження,
числа проїздів і їхнього розподілу по ширині.
Що ж стосується поздовжніх нерівностей, то в
напрямку їхнього прогнозування поки що навіть не
зроблені перші кроки!

9.

Оскільки залишкові переміщення поверхні покриття
прогнозувати важко, вважають за доцільне нормувати
його зворотні переміщення: так званий пружній прогин
w. При цьому виходять із таких міркувань :
• чим менший зворотний прогин, тим для даного
ґрунту і дорожньо-будівельного матеріалу менший
залишковий прогин;
• зворотний прогин поверхні дорожнього покриття під
колесом легко виміряти.
Залишковий прогин від одного проїзду виміряти
практично неможливо:
Припустимо, d=20 мм за 10 років. NΣ =10 років × 360
діб × 1000 авт/добу × 0,2 = 106, d1=20/106 = 2×10-5мм,
датчиків із такою точністю немає.

10.

При
проектуванні
дорожнього
одягу
обмежують пружний прогин покриття в момент
вводу (здачі) дороги в експлуатацію:
w≤w
(13)
де w - пружній прогин, зворотний прогин
поверхні покриття під дією нормативного (100
кН/одну вісь) навантаження в період ослаблення
ґрунту земляного полотна (весна, осінь).
w – допустиме значення переміщення, що
залежить від інтенсивності руху.
Значення w установлені на основі масового
обстеження дорожніх одягів, що знаходилися в
задовільному стані тривалий час при різних
добових інтенсивностях руху.
Розрахунок за критерієм (13) називають
розрахунком за пружнім прогином.

11. Рис. 3

Оскільки для однорідного пружнього напівпростору
прогин при дії навантаження, рівномірно розподіленого
в межах кола нежорсткого штампу, відоме точне
рішення (Бусінеск) при визначенні прогину:
w р D 1 v / E
2
(14)
D
Р
w
Рис. 3

12.

то на основі цього загальний модуль пружності
дорожнього одягу визначають:
2
(15)
E р D 1 v / w
заг
Eпотр
р D 1 v / w
2
(16)
тоді умова (13) ( ВБН В.2.3-218-186-2004) має вид:
р D 1 v / Eзаг р D 1 v / Eпотр
2
E заг Епотр
2
(17)

13.

Значення w або Eзаг обчислюють на основі
механіко-математичної моделі, а Eпотр нормують
на основі даних масових обстежень із
вимірюванням прогину залежністю:
Eтр N a lg N p b
(18)
де: для Qp100 кН встановлено а=70 МПа, b=56
МПа.

14.

2 РОЗРАХУНОК АСФАЛЬТОБЕТОННОГО
ПОКРИТТЯ НА ТЕМПЕРАТУРНУ
ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ

15.

Державна служба автомобільних доріг України
(УКРАВТОДОР)
Національний транспортний університет
(НТУ)
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
з розрахунку асфальтобетонного покриття
на температурну тріщиностійкість
МВ 218-02070915-679:2010
Київ
2010

16.

Температурний режим
асфальтобетонного покриття
T (t , Z ) Tср А1 (Z O)e u1
cos( 2t u2 )
де
u1 Z 1 2a ;
Aig
2 tn ;
u2 Z 2 2a ;
Ag ( Z O)(1 e mi )
i 1
mi e t Пg h a S
1
де m1 h1 (t Пg-aзміни
температури в шарі.
1 S1 )
2
Ti (t ) Tср Aig cos
t
t Пg
g 1
2

17.

Розрахункова схема для визначення
температурних напружень в асфальтобетонному
покритті
l = const
Т=f(t)
х→-∞
1
х→+∞
2
1 - покриття; 2 – основа

18.

Аналітичні залежності для розрахунку
температурних напружень в асфальтобетонному
покритті при зниженні температури
T (t ) T0 Kt
aT (T (t ), Q) e
p (T0 Q kt )
;
aT (T ( ), Q) e
p (T0 Q kt )
1 p (T0 Q )
1 p (T0 Q ) pKt
pKt
(
)
e
(
e
1)
(t )
e
(e 1);
pK
pK
d
T HKt K ( B H )
m
0 1 (t ) ( )
t
T (t ) EKt E T

19.

Розрахунок асфальтобетонного покриття на
температурну тріщиностійкість
T (t ) Tcp Ap (h) cos p t Aä (h) cos ä t
t
Òõ(t ) R t d x ( )
0
М М Т М Т Р СТР ,
tp
dt
М t
k ст Стр
t ( (t ), (t ))
0

20.

СХЕМА ЗМІНИ МІРИ ПОШКОДЖЕНОСТІ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРИТТЯ
ВІД ДІЇ ТЕМПЕРАТУРНИХ НАПРУЖЕНЬ
а – зміна амплітуди
коливань температури в часі;
b – зміна амплітуди
коливань температурних напружень в
часі;
с - зміна показника
температурної
тріщиностійкості в
часі (штриховою
лінією показана
зміна Мтр при
проведенні
ремонтних заходів).

21.

Приклад розрахунку асфальтобетонного
покриття на температурну
тріщиностійкість

22.

Початок
Вихідні дані: термомеханічні параметри штучної споруди
(А, В, А1, В1, εутах, Е0б, σ0б, кт, α2),
Види асфальтобетону і=1...n
S=Ø
АЛГОРИТМ РОЗРАХУНКУ
АСФАЛЬТОБЕТОННОГО
ПОКРИТТЯ АВТО-МОБІЛЬНИХ
ДОРІГ НА ТЕМПЕРАТУРНУ
ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ
Вихідні дані для кожного виду асфальтобетону α1і, Ні,
Ві, Qі, ri, γi, pi, mi, Bτ, bτ
Сезони року j=1…m
Вихідні дані температурно-часових параметрів для
кожного сезону k1j, k m j, Т0 j, tj, nj
Визначення температурних напружень j-му періоді при річному
коливанні температури σТрij
Визначення температурних напружень j-му періоді при добовому
коливанню температури σТдij
Визначення міри пошкодженості асфальтобетонного покриття для
кожного сезону
t
j
Мij= n j
0
B i
t
dt
p
T ij
д
T ij
b i
nj
j
0
dt
B i Tp ij
b i
Визначення міри пошкодженості асфальтобетонного покриття для
року S=S + Mij
S Cтр
так
ні
Виведення результатів
Кінець

23.

Існуючі положення методів розрахунку
асфальтобетонного покриття на тріщиностійкість
1. На нежорсткій основі
2. На жорсткій основі
D
D
Е1
σr
σr
D
p=1
p=1
h1
3. На мостах та шляхопроводах
h1
Е1
σr
Е2
σr
p=1
h1
Е1
Е3
Е2
Е4
Е3
Егр
Егр
Умова граничного стану
Кмц≤Rі/σr; σr= σr р Кδ
Rі=Rзг (1-tνr) Квт Кm
σr
σr

24.

Залежність товщини асфальтобетонного
покриття від навантаження на вісь
Товщина покриття, h, см
20,0
16,0
12,0
8,0
4,0
60
70
80
90
100
110
Інтенсивність навантаження, р, МПа
з використанням модифікатору
без модифікатора
120

25.

Результати визначення довговічності асфальтобетону
bτ
Bτ
m
Rзгн.л,
МПа
Кр
Ккп
Кт
Ř,
МПа
Кy
t
uR
Rр,
МПа
∑N
1,71
0,1
1,25
15934
1,45
38313
1,77
92730
Кm
Асфальтобетон, тип Б на бітумі БНД 60/90
3,0
2376
0,33
14,7
1
0,102
1
1,5
1
1
Полімерасфальтобетон, тип Б на бітумі БНД 60/90, модифікатор Елвалой
3,4
2758
0,29
13,2
1
0,133
1
1,75
1
1
1,71
0,1
Полімерасфальтобетон армований синтетичною поліестерною сіткою
3,5
7225
0,28
16,0
0,92
0,145
1
2,14
1
1
1,71
0,1

26.

Числовий аналіз дослідження тріщиностійкості
Температурні напруження,
σ, МПа
Температура, Т, 0С
50
40
30
20
10
0
-10
-20
0
2
4
6
Час, t, міс
8
10
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
12
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0
2
4
6
8
10
Час, t, міс
Зміна температурних напружень в
полімерасфальтобетоні
12
Зміна температурних напружень в
асфальтобетоні
Відносне значення міри
пошкодженості, М
Температурні напруження, σ,
МПа
1,2
8
Час, t, міс
Середньодобові коливання температури на протязі
року в асфальтобетонному покритті
1,4
4
2
4
12
Асфальтобетон
6
Час, t, міс
8
10
Полімерасфальтобетон
Міра пошкодженості в асфальтобетонному
покритті на ПМП в м. Києва
12

27.

Вихідні дані

28.

Результати розрахунку

29.

Результати розрахунку

30.

Результати розрахунку

31.

Результати розрахунку

32.

Результати розрахунку

33.

Залежність терміну служби
асфальтобетонного покриття від
товщини
Залежність терміну служби
асфальтобетонного покриття від
кількості Бутоналу NS 198
6
2
1,9
Термін служби, рік
Термін служби, рік
5
4
3
2
1
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Товщина шару, см
Тип Б
Тип Б + 2% Бутонал NS 198
1
0
Тип Б + 3% Бутонал NS 198
1
2
3
4
Кількість Бутонал NS 198, %
5
6

34.

Залежність економічної ефективності асфальтобетону на
бітумі, модифікованому полімером, (з різною кількістю
полімеру)
0,7
Економічна ефективність, грн/м 2
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
1
2
3
4
Кількість полімеру, %
СБС
Бутонал-NS 104
Елвалой
5
где З1, З2 - приведенные затраты на
заводское изготовление материалов
с
учетом
стоимости
транспортировки по базовой и
новой технике;
Зс1, Зс2 - приведенные затраты на
возведение конструкций на объекте
по базовой и новой технике;
(P1 + Ен) / (Р2 + Ен) - коэффициент,
учитывающий строк службы новой
строительной
конструкции
по
сравнению с базовым вариантом
(определяется по табл. ИН 218
УССР 003-84);
Ээ - экономия в сфере эксплуатации
новых строительных конструкций за
весь период их службы по
сравнению
с
базовыми
конструкциями;
А2 - годовой объем строительномонтажных работ.