Автор: Удальцов Илья Эдуардович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (116) июнь-2 2016 г.

Дата публикации: 09.06.2016

Статья просмотрена: 59 раз

Библиографическое описание:

Удальцов И. Э. Современные методы расчета дорожных одежд. Часть 1. Обзор и анализ // Молодой ученый. — 2016. — №12. — С. 403-406.



Современные методы расчета дорожных одежд. Часть 1. Обзор ианализ

Удальцов Илья Эдуардович, студент

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

В статье рассмотрены современные подходы к проектированию дорожных конструкций. Выделены расчеты по сопротивлению сдвигу, по критериям продольной и поперечной ровности и методы, позволяющие учитывать эффект накапливания повреждений, а так же воздействие динамической нагрузки.Приведены сведения о зависимости параметров прочности материалов и грунтов от степени их уплотнения.

Ключевые слова: дорожная конструкция, деформация, главные напряжения, сдвиг

Увеличение тоннажа транспортных нагрузок, а так же их интенсивности движения вызвало необходимость экстренного совершенствования методов расчета дорожных конструкций. Выделим направления, по которым ведутся исследования.

Во-первых, ведутся разработки новых и совершенствования известных методов расчета конструкций на воздействия динамической нагрузки. Среди таких методов можно выделить работы двух диаметрально противоположных подходов. К методам первого подхода отнесем решения, в основе которых лежат классические уравнения теории упругости и численные методы строительной механики [1–3], они в физическом и математическом плане полностью соответствуют допущениям и постулатам механики деформируемого твердого тела, но конечные формулы громоздки и сложны для реализации инженерами проектировщиками. Ко второму направлению отнесем инженерные способы, которые разрабатываются специалистами дорожной отрасли. Эти методы основаны на более простом математическом аппарате и зачастую предполагают, что в дорожной конструкции возникают простейшие напряженные состояния. Вследствие этого инженерные способы расчета не соответствуют современным общепринятым представлениям механиков об условиях работы дорожных конструкций. Однако конечные выкладки инженерных способов просты и без особых проблем реализуются на практике. Учитывая популярность и тех и других подходов, можно заключить, что инженерные способы, могут быть применены для грубого расчета, в рамках которого определяются ориентировочные толщины слоев, строгие и приближенные методы механики [1–3] должны применяться для окончательной проверки достаточности толщины слоев, полученной при расчете с применением инженерных способов. Поэтому критика инженерных способов в литературе напрасна, они применяются и соответствуют представлениям специалистов дорожной отрасли.

Во-вторых, достаточно интенсивно развиваются модифицированные методы расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна [4–6] и асфальтобетонных покрытиях [7–9]. Среди работ, отнесенных автором к этой группе методов, нужно выделить исследования, направленные на учет влияния повторности приложения нагрузки на параметры грунта критерия Кулона–Мора [10–12], модификацию условий пластичности [13–17], совершенствование методов расчета главных и касательных напряжений [18–22] и разработку способов расчета по критерию безопасных давлений [23–26]. По мнению автора особого внимания, заслуживают работы, целью которых являлись модификации условия пластичности Кулона–Мора [13–17] и моделей расчета главных и касательных напряжений [18–22]. Освещая эти работы, укажем, что общепринятые аналитические условия пластичности [27–29] для трехосного сжатия, характеризуемого главными напряжениями 1>2=3, дают результаты тождественные с критерием Кулона–Мора, а в публикациях [13–17] описываются критерии, по которым касательные напряжения больше, чем в традиционном критерии Кулона–Мора. В работах [23–26], посвященных проблематике расчета безопасных давлений в основу математических выкладок положено эмпирическое условие пластичности Г. К. Арнольда [30], по которому предельное состояние пишут в виде:

(1)

Где с и  — сцепление и угол внутреннего трения грунта.

В работе [14] приведены трехпараметрические условия. Согласно этим условиям пластичности величина касательных напряжений зависит от значения третьего параметра. В одном из этих условий содержится параметр b, который может варьироваться от 0 до 0,5, причем при b=0 касательные напряжения соответствуют величине, рассчитываемой по левой части (1), а если b=0,5, то величина касательных напряжений такая же, как в критерии Кулона–Мора. Уравнение предельного состояния по этому критерию описывается формулой:

(2)

В другом трехпараметрическом критерии применении параметр d, благодаря чету это условие позволяет получать касательные напряжения больше, чем в критерии (1) и (2) при b=0. Причем, если d=0, то условие принимает вид третьей теории, оперирующей максимальным касательным напряжением. При d=0,5 трехпараметрический критерий принимает вид традиционного критерия Кулона–Мора. Уравнение предельного состояния этого критерия дают в виде:

(3)

Трехпараметрические критерии (2) и (3) применены для оценки сопротивления сдвигу не только грунтов, но и асфальтобетона. Причем эти критерии были модифицированы, путем ввода в них мер теории поврежденности [7, 8]. Такая модификация стала возможной благодаря применению принципа эквивалентности напряжений в поврежденной среде и сплошном теле, которое подробно дано а статьях [31, 32].

В-третьих, предложены модели расчета необратимых деформаций в дискретных материалах, грунтах и асфальтобетона [33–40]. Такие решения тоже разделяются на различные подходы. В публикациях [33, 34] для учета нелинейности деформаций относительно величины напряжений применяются математические модели, в которых модуль пластичности является нелинейной функцией главных напряжений. Работы [35–38] преследуют цель вывода обобщающей аналитической модели, накапливания деформации при воздействии повторной нагрузки. Статьи Н. В. Кузина [39, 40] посвящены расчету остаточных деформаций в асфальтобетоне. Отметим, что независимо от идей, положенных в основу расчета, результаты всех этих публикаций можно использовать при расчете дорожных покрытий по критериям их ровности. При этом предельная глубина неровностей может быть вычислена по способам, предложенным в публикациях [41–43].

В рассмотренных нами методах важной составляющей всех расчетов является определение параметров грунтов. Для вычисления модуля упругости, сопротивления недренированному сдвигу можно применить формулы работ [44–46].

Также отметим работы, направленные на разработку способов проектирования шероховатых поверхностей [47, 48].

Литература:

1. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Метод конечных разностей в исследовании дорожных одежд при воздействии реальной транспортной нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2014. — № 1. — С. 69–77.

2. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Динамическая реакция дорожной одежды на действие динамической нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2015. — № 5. — С. 39–47.

3. Есипенко И. А., Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И. Численное моделирование колебаний дорожной одежды с учетом изменения приведенных физико-механических свойств материала // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. — 2014. — № 3. — С. 57–73.

4. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.

5. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 1. Состояние вопроса. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.

6. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 2. Предложения. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.

7. Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341.

8. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.

9. Aleksandrova N. P., Chysow V. V. The usage of integral equations hereditary theories for calculating changes measures in the theory of damage when exposed to repeated loads //// Magazine of Civil Engineering, 2016, No.2. Article in Press.

10. Казарновский В. Д., Смирнов В. М., Косарев Ю. И. Определение расчетных значений прочностных характеристик песков с учетом воздействия повторных нагрузок // Исследования по механике дорожных одежд. — М.: СоюздорНИИ, 1985. — С. 80–92.

11. Петрушин Е. А. Сдвигоустойчивость глинистых грунтов в условиях кратковременных многократных нагрузок // Совершенствование методов расчета и конструирования дорожных одежд. — М.: СоюздорНИИ. — 1986. — С. 88–96.

12. Смирнов В. М., Дорогутина С. Н. Закономерности деформирования связного грунта при воздействии транспортных нагрузок // Новое в проектировании конструкций дорожных одежд. — М.: СоюздорНИИ, 1988. — С. 65–79.

13. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.

14. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.

15. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера — Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.

16. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 42 (61). — С. 49–57.

17. Калинин А. Л. Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях. Часть 1. Модификация критерия Писаренко-Лебедева и его применение при расчете касательных напряжений // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 108–114.

18. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.

19. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.

20. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.

21. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.

22. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.

23. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.

24. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.

25. Долгих Г. В. Применение критерия безопасных давлений для расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна // // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 176–182.

26. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.

27. Drucker D. C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis of limit design. Quarterly of applied mechanics. 1952. Vol. 10. № 2. pp. 157–165.

28. Lade P. V., Duncan J. M. Elastoplastic stress-strain theory for cohesionless soil / Journal. Geotechnical Engineering Division, ASCE. — Vol. 101. — No. 10. — 1975. — P. 1037–1053.

29. Matsuoka H., Nakai T. Relationship among Tresca, Mises, Mohr–Coulomb and Matsuoka–Nakai failure criteria. // Soils and foundation. — 1985. — Vol.25, No 4. — Pp. 123–128.

30. Arnold G. K. Rutting of Granular Pavements. //Thesis submitted to The University of Nottingham for the degree of Doctor of Philosophy, November 2004. — 417 p.

31. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.

32. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.

33. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.

34. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.

35. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.

36. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.

37. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.

38. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

39. Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255.

40. Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257.

41. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — С. 45–57.

42. Александров А. С., Гордеева С. А., Шпилько Д. Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа //Автомобильная промышленность. — 2011. — № 2. — С. 31–35.

43. Александров А. С., Александрова Н. П., Семенова Т. В. О проектировании шероховатости дорожных покрытий и дождевой канализации по условиям безопасности движения // Автомобильная промышленность. — 2008. — № 8 — С. 36–38.

44. Александрова Н. П., Троценко Н. А. Применение измерителя жесткости грунта Geogauge для оценки качества уплотнения при операционном контроле // Вестник СибАДИ, 2014, № 3 — С. 40–47.

45. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Стригун К. Ю. Совершенствование методов экспресс оценки качества уплотнения грунтов земляного полотна строительства автомобильных дорог / Н. П. Александрова, // Вестник СибАДИ. — 2015. — № 4. — С. 46–57.

46. Семенова Т. В., Долгих Г. В., Полугородник Б. Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ, 2014, № 1 — С. 59–66.

47. Александрова Н. П. К вопросу расчета шероховатых покрытий на устойчивость зерен каменного материала // Материалы Международной научно-практической конференции Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура Омск, 21–23 мая 2003 г. — С. 67–69.

48. Александрова Н. П. Влияние свойств покрытий автозимников на срок службы примороженного фрикционного слоя / Автореф. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ, 2005. — 18 с.

Основные термины (генерируются автоматически): дорожных одежд, расчета дорожных, Долгих Г, Александрова Н, расчета дорожных конструкций, земляного полотна, сопротивлению сдвигу, грунте земляного полотна, Совершенствование расчета дорожных, главных напряжений, расчета главных, касательных напряжений, расчета главных напряжений, расчета дорожных одежд, Молодой ученый, методов расчета, методы расчета дорожных, грунтов земляного полотна, Семенова Т, безопасных давлений.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос