Автор: Гаевская Вера Алексеевна

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 15.06.2016

Статья просмотрена: 10 раз

Библиографическое описание:

Гаевская В. А. Обзор традиционных и современных расчетов дорожных конструкций // Молодой ученый. — 2016. — №12. — С. 234-239.



В статье приведены краткие сведения о традиционных и современных методах расчета дорожных конструкций, включающих земляное полотно и дорожную одежду. Показаны преимущества современных методов расчета.

Ключевые слова: дорожная конструкция, деформация, напряжения

В соответствии с общепринятыми представлениями дорожные конструкции с одеждами нежесткого типа рассчитываются по прочности, на морозоустойчивость и по условиям дренирования дренажных слоев и устройств [1]. Учитывая многообразие методов проектирования дорожных конструкций, автор рассмотрит только расчеты на прочность. К таким расчетам относят: расчет дорожной конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу, проверку условия сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна и в слоях дорожных одежд из слабосвязных материалов, а также проверку условия сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе в слоях из монолитных материалов.

Первые методы расчетов по упругому прогибу в РФ были созданы И. И Ивановым [2], а за рубежом Д. Бурмистром [3], которые в последующем постоянно совершенствовались и в нормативном документе [1] применяется решение, полученное М. Б. Корсунским [4]. В настоящее время целью работ, выполняемых в области совершенствования этого метода, является учет динамического характера приложения нагрузки. В результате созданы точные [5, 6] и инженерные [7–9] методы расчета по критерию допускаемого динамического прогиба. Наряду с расчетами дорожных одежд по критерию упругого прогиба стали развиваться методы, основанные на прогнозировании изменения ровности покрытий [10], в основе которых лежит расчет пластических деформаций, накапливаемых дискретными [11–17] и монолитными материалами [18, 19]. В результате получены различные зависимости для расчета пластических деформаций, которые имеют вид:

− для дискретных материалов (один из вариантов) [17]

(1)

Где 1, 1 и 3 главные напряжения в наиболее опасной точке земляного полотна, Па; ЕПн — нелинейный продольный модуль пластической деформации, определяемый экспериментально по данным трехосных испытаний и являющийся аналогом модулей упругости и деформации. Па;  к1 и к2– коэффициенты, учитывающие уровень напряженного состояния и вид материала;N — число нагрузок.

(2)

где ра — атмосферное давление; а, М и  — параметры грунта, определяемые по данным трехосных испытаний, зависящие от показателей физических свойств (плотность, влажности) и гранулометрического состава.

− для дискретных материалов (один из вариантов) [18, 19]

(3)

где Кдин — максимальное значение динамического коэффициента;аб– коэффициент Пуассона асфальтобетона; Епаб продольный модуль, характеризующий величину пластической деформации, МПа.

В основе методов проектирования дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу лежит решение А. М. Кривисского, базирующееся на оригинальном условии пластичности Кулона–Мора. Основы этого метода подробно изложены в нормативе [1], а так же обобщающей монографии [4]. Современные методы, преследующие цель совершенствования традиционного решения А. М. Кривисского и общепринятого метода [1] выполняются в различных направлениях. К методам первого направления отнесем работы, в которых предприняты попытки замены традиционного условия пластичности Кулона — Мора другим критерием, например, трехпараметрическим критерием Кулона–Мора [20–24], или третьей теорией прочности [25], а так же одним из эмпирических условий [26–33]. Уравнения предельного состояния по этим критериям даны в табл. 1.

Таблица 1

Уравнения предельного состояния критериев сопротивления сдвигу

Наименование критерия

Уравнение предельного состояния

Эмпирический критерий Г. К. Арнольда [26, 31–33]

, где с и  — сцепление и угол внутреннего трения.

Трехпараметрические критерии Кулона–Мора [20–24]

,.

К методам второго направления совершенствования расчетов по сопротивлению сдвигу отнесены работы экспериментального характера, благодаря которым установлено влияние повторности приложения нагрузок на величину сцепление и угла внутреннего трения [34–36].

Из анализа формул (1), (2) и зависимостей, представленных в табл. 1 следует, что важным элементом расчетов является вычисление главных напряжений, которое выполняют по традиционным формулам [37] или по модифицированным моделям [38–40], в которых использован новый метод расчета минимального главного напряжения [41–43]. Эти модели расчета главных напряжений легли в основу вычисления безопасных давлений, передаваемых дорожной одеждой на земляное полотно [44–47], а так же в основу усовершенствованного метода расчета касательных напряжений в грунте [48].

Общепринятый метод расчета слоев покрытий и оснований из монолитных материалов по критерию сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе предложен группой специалистов, возглавляемой М. Б. Корсунским. Основным недостатком этого метода является применение в основе расчета первой теории прочности, предложенной Г. Галилеем в 17 в. Известно, что вследствие неучета влияния промежуточного и минимального главного напряжения этот критерий приводит к неверным результатам. Поэтому специалисты дорожники предлагают заменить этот критерий другим условием прочности. Так появились критерии прочности и условия пластичности асфальтобетона, учитывающие эффекты накапливания повреждений в этом материале [49–52].

Критерии, учитывающие накапливание повреждений в асфальтобетоне приведены в табл. 2.

Таблица 2

Уравнения предельного состояния критериев прочности ипластичности асфальтобетона, учитывающие эффект накапливания повреждений

Наименование критерия

Уравнение предельного состояния

Критерий О. Мора [51, 52]

, где Rр и Rс — пределы прочности на одноосное растяжение и сжатие, Па;  — поврежденность.

Модифицированный критерий Писаренко–Лебедева [50]

, где и — интенсивность нормальных напряжений, Па.

Модифицированный трехпараметрический критерий Кулона–Мора [49, 50]

Для расчета мер теории накапливания повреждений в асфальтобетоне предложено два способа [53, 54]. Наиболее просто поврежденность можно найти используя принцип эквивалентности деформаций, согласно которому деформация поврежденной среды находится по одной из двух формул:

; (4)

где E и ED — модули упругости неповрежденного тела и поврежденной среды, МПа.

Положив между формулами (4) равенство, найдем, что:

(5)

Модуль упругости поврежденной среды определяют решением интегрального уравнения вида [50, 53, 54]:

(6)

Взяв интеграл, приходят к формуле (при условии b1) [50, 53, 54]:

(7)

Используя формулу (7) в выражение (5), получим:

(8)

Подводя итог, выполненному обзору, отметим, что в основе рассмотренных нами современных методов расчета дорожных конструкций лежит большой объем знаний, к которому относят:

− механику сплошной среды, а именно теорию упругости [2–9] и пластичности [11–33];

− математическую статистику, применяемую при обработке данных экспериментов [34–36];

− механику зернистой среды [36–42];

− механику поврежденных сред [49–54];

− различные комбинации этих методов [44–46].

Поэтому автор для своей магистрантской квалификационной работы ограничит область исследования теорией пластичности и математической статистикой, которые попытается применить для совершенствования способов расчета дорожных конструкций по колееобразованию.

Литература:

1. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. — 146 с.

2. Иванов Н. Н. Проектирование дорожных одежд / Н. Н. Иванов и др. — М.: Изд-во автотранспортной литературы, 1955. — 250 с.

3. Burmister D. M. The Theory of Stresses and Displacements in Layered Systems and Applications to the Design of Airport Runways // Proceedings, Highway Research Board. — 1943. –Vol. 23. — P. 126–144.

4. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд / Н. Н. Иванов и др. — М.: Транспорт, 1973. — 328 с.

5. 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.

6. 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.

7. Смирнов А. В., Андреева Е. В. Динамическое напряженное состояние слоев дорожных одежд конструкций, изгибаемых колебательным волновым полем // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2012. — № 5 (27) — С. 68–70.

8. Смирнов А. В., Андреева Е. В., Герцог В. Н. Воздействие подвижных нагрузок на покрытия и основания автомагистралей // В сборнике:Актуальные проблемы архитектуры и строительстваМатериалы международной научно-практической конференции. 2014. С. 117–124.

9. Смирнов А. В., Андреева Е. В., Игнатов В. Ф. Динамические процессы в дорожных конструкциях // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. — № 5 — С. 81–86.

10. 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.

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

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

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Стригун Т. В., Александрова Н. П. Моделирование пластических деформаций дискретных материалов в слоях дорожных конструкций// В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 229–233.

Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257 20. Александров А. С. Трехпараметрическое условие пластичности Кулона–Мора. Часть 1. Вывод критерия. // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 50–54 21. Александров А. С. Трехпараметрическое условие пластичности Кулона–Мора. Часть 2. Круги предельных напряжений. // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 54–59 22. Александров А. С. Трехпараметрическое условие пластичности Кулона–Мора. Часть 3. Определение параметров материала. // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 59–64

23. Калинин А. Л. Способ модификации условий пластичности // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 59–150.

24. 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.

25. Батырова В. В. Применение третьей теории прочности и сопротивления недренированному сдвигу для расчета безопасных давлений на земляное полотно // Молодой ученый. — 2016. — № 11.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

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 30. Калинин А. Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна. // Инженерно-строительный журнал — 2013. № 4 (39). — С. 35–45 31. Долгих Г. В. Применение безопасного давления в качестве критерия расчета земляного полотна по сдвигу в грунте // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 113–117

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

34. 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.

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

36. 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.

37. Foster С. R., Ahlvin R. G. Stressesanddeflectionsinducedbya uniformcircularload. // Proc. HighwayResearchBoard. — 1954. — Vol. 33. — P. 236–246.

38. 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.

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

40. 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.

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

42. Александров А. С., Долгих Г. В. Способ определения минимального главного напряжения. Часть 1. В грунтах земляного полотна. // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016 — С. 64–68.

43. Александров А. С., Долгих Г. В. Способ определения минимального главного напряжения. Часть 2. В слоях дорожной одежды из дискретных материалов // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 69–73.

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

45. 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.

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

47. 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.

48. 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.

Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341Чусов 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 51. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности// В сборнике:Политранспортные системыматериалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225 52. 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

54. Чусов В. В., Александрова Н. П. Два способа расчета мер теории накапливания // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016 — С. 271–275.

Основные термины (генерируются автоматически): дорожных одежд, международной научно-практической конференции, земляного полотна, дорожных конструкций, Наука XXI века, Долгих Г, расчета дорожных конструкций, сопротивлению сдвигу, опыт прошлого, Александрова Н, грунте земляного полотна, расчета главных напряжений, Совершенствование расчета дорожных, Вестник Сибирской государственной, нежестких дорожных одежд, Молодой ученый, Сибирской государственной автомобильно-дорожной, государственной автомобильно-дорожной академии, дорожных конструкциях, дискретных материалов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос