Розрахунок надійності конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу

И.1Метою проектування доріг із заданою надійністю є мінімізація затрат на будівництво та ремонт доріг із урахуванням фактичного розкиду параметрів конструкції дорожнього одягу (далі – КДО).

Надійність конструкції дорожнього одягу визначається як імовірність безвідмовної роботи, при якій не буде перевищеним граничний стан:

. (И.1)

де ψ – випадкова величина різниці опірності конструкції (міцності або жорсткості) та діючого навантаження (напруження або допустимого прогину), тобто ψ = R-Q.

Для випадку розрахунку конструкції дорожнього одягу за критеріями граничного стану: R – випадкова величина, яка позначає опірність (міцність на розтяг при згині R_зг при розрахунку монолітних шарів; допустиме напруження зсуву τ_доп — при перевірці стійкості незв'язних шарів чи ґрунту земляного полотна, або загальний модуль пружності Е_заг – при оцінюванні загальної деформативності конструкції); Q – випадкова величина, яка позначає діюче навантаження (відповідно, напруження розтягу при згині σ_r, активне напруження зсуву τ_акт або потрібний модуль пружності Е_потр).

Надійність конструкції дорожнього одягу визначається, як імовірність безвідмовної роботи, за формулою:

, (И.2)

де F(γ) – нормована функція Лапласа;

β – характеристика надійності:

, або , (И.3)

де R – середнє значення "міцності";

Q – середнє значення "напруження";

S_r і S_q – середньоквадратичні відхилення чи коефіцієнти варіації С_R міцності та С_Q напруження відповідно,

– коефіцієнт запасу.

И.2 Характеристика надійності β встановлюється в залежності від запасу міцності (жорсткості), розрахункового розкиду напружень (жорсткості) та фактичних даних з розкиду параметрів властивостей шарів дорожнього одягу, неоднорідності за геометричними характеристиками в залежності від рівня якості будівництва. Нормативне значення характеристики надійності для розрахункових рівнів надійності дорожніх одягів для різних категорій автомобільних доріг приведено в таблиці И.1 і встановлено з умов мінімуму дорожньо-транспортних витрат за термін служби конструкції.

Таблиця И.1

И.3Необхідну товщину асфальтобетонних шарів та ресурс конструкцій дорожніх одягів за кількістю циклів прикладання розрахункового навантаження протягом всього терміну служби для забезпечення заданого в таблиці И.1 рівня надійності приведено в таблиці И.2.

Таблиця И.2

И.4 При розрахунку посилення дорожнього одягу необхідно використовувати експериментальні дані по визначенню середнього значення та варіації загального модуля пружності конструкції дорожнього одягу в розрахунковий період.

И.5При відсутності даних експериментальних досліджень для розрахунку надійності конструкцій дорожніх одягів різних категорій при підсиленні рекомендується приймати параметри неоднорідності у відповідності з таблицею И.З.

И.6 Розрахунок неоднорідності конструкції. Для розрахунку надійності необхідно визначити неоднорідність конструкції для різних груп граничного стану. При цьому можливе експериментальне визначення неоднорідності міцності C_R для різних технологічних операцій та експериментальне або теоретичне визначення варіації напружень c_q шляхом інструментального обстеження або при розрахунку за приведеною нижче методикою.

И.7 Визначення неоднорідності за різними критеріями граничного стану встановлюється розрахунком за методами математичної статистики.

Таблиця И.3

Примітка.Коефіцієнт варіації діаметра відбитку колеса приймається рівним c_d = 0,05 для доріг усіх категорій.

И.7.1 Однорідність за критерієм загального модуля пружності. Коефіцієнт варіації загального модуля пружності визначається за формулою:

, (И.4)

де Е₁ - середній модуль пружності пакета матеріалів шарів;

Е₂ - модуль пружності ґрунтового півпростору;

h - загальна товщина пакета шарів дорожнього одягу;

с_h - коефіцієнт варіації товщини дорожнього одягу;

c_e1 – коефіцієнт варіації середнього модуля пружності пакета шарів дорожнього одягу;

с_Е2 – коефіцієнт варіації модуля пружності ґрунту земляного полотна,

Е — середнє значення загального модуля пружності;

D – діаметр відбитка колеса;

с_d – коефіцієнт варіації діаметра відбитка колеса;

р – інтенсивність дії розрахункового навантаження.

Коефіцієнт варіації загального модуля пружності приймається за таблицею И.3 для доріг І – V категорії.

И.7.2 Однорідність за критерієм розтягу при згині монолітних шарів покриття. Коефіцієнт варіації напруження розтягу при згині с_σ:

, (И.5)

де

K = π·p·(l + μ₁)·Kg

де h – загальна товщина пакета монолітних шарів дорожнього одягу;

с_h1 – коефіцієнт варіації товщини монолітних шарів покриття;

с₁ – коефіцієнт варіації середнього модуля пружності пакета монолітних шарів;

с₂ – коефіцієнт варіації модуля пружності основи під покриттям;

Kg – коефіцієнт, який враховує кількість коліс;

μ₁ – коефіцієнт Пуассона матеріалу покриття;

σ_r – середнє значення напруження розтягу при згині пакета монолітних шарів.

И.7.3 Однорідність за критерієм зсуву. Коефіцієнт варіації активного напруження зсуву с_τ:

, (И.6)

де Е_ср – середній модуль пружності пакета матеріалів;

Е_гр — модуль пружності ґрунтового півпростору;

с_e1 – коефіцієнт варіації середнього модуля пружності пакета шарів дорожнього одягу;

с_Е2 – коефіцієнт варіації модуля пружності ґрунтового півпростору;

φ – кут внутрішнього тертя ґрунту;

с_φ – коефіцієнт варіації кута внутрішнього тертя;

h_Σ – загальна товщина пакета шарів дорожнього одягу;

c_h – коефіцієнт варіації товщини дорожнього одягу;

D – діаметр відбитка колеса.

И.8 Загальна неоднорідність товщини конструкції:

, (И.7)

де h_Σ – сумарна товщина дорожнього одягу;

h_і – товщина і – го шару покриття;

n – кількість шарів у конструкції або кількість шарів покриття для критерію згину монолітних шарів;

С_hi – коефіцієнт варіації товщини шару дорожнього одягу, визначається експериментально, або, за відсутності даних, за формулою:

(И.8)

тут параметри A_h = 2,84 , B_h = 10,2 для асфальтобетону та A_h = 2,84 і B_h = 5,6 для інших матеріалів.

И.9Неоднорідність модуля пружності пакета шарів дорожнього одягу:

, (И.9)

де C_Ei- коефіцієнт варіації модуля пружності шару покриття , тут параметри А_Е = 0,9056, В_Е = –0,285;

E_I – модуль пружності i – го шару;

Е_ср – середній модуль пружності пакета шарів.

Для розрахунку надійності КДО встановлено відповідні формули та номограми для автомобільних доріг І – V категорій різної капітальності. У табличному вигляді (таблиця 3.1) приведено граничні значення коефіцієнта запасу для забезпечення надійності КДО в залежності від категорії дороги та типу дорожнього одягу.

И.10 Розрахунок надійності. Розрахунок надійності для різних критеріїв граничного стану є однотипним і виконується в такій послідовності.

1) За формулами (И.1 – И.9) встановлюється неоднорідність напруженодеформованого стану для кожного критерію граничного стану.

2) За таблицями Е.1, Е.2, Е.5 та Е.6 додатку Е визначається фактична варіація фізико-механічних характеристик властивостей матеріалів дорожнього одягу, за таблицею Д.6 додатка Д – грунту земляного полотна.

3) Для кожного критерію міцності визначаються середні значення міцності, напруження й загальний модуль пружності та встановлюється коефіцієнт запасу К_мц для середніх значень.

4) Визначається характеристика надійності β за формулою (И.З).

При розрахунках приймається:

- для критерію загального модуля пружності опірність рівною значенню загального модуля пружності R = Е_заг, жорсткість Q = Е_потр потрібному модулю, який зв'язаний з інтенсивністю руху розрахункових навантажень;

- для критерію розтягу при згині при розрахунку монолітних шарів покриття R = R_u, де R_u – граничне допустиме напруження розтягу матеріалу шару з урахуванням явища витривалості (втоми) від розрахункового навантаження; Q = σ_r – найбільше напруження розтягу в шарі, що розглядається, від розрахункового навантаження;

- для критерію зсуву R = Т_доп – допустиме напруження зсуву, обумовлене зчепленням у ґрунті; Q = τ – активне напруження зсуву в ґрунті або малозв'язному матеріалі.

5) За формулою (И.2) або номограмою (рисунок И.1) чи таблицею И.4. визначається ймовірність безвідмовної роботи, яка є характеристикою надійності роботи конструкції в пружній стадії.

6) Отримане значення коефіцієнта надійності К_н порівнюється з нормативним рівнем надійності Н_норм (таблиця И.1) за формулою:

К_н Н_норм

Рисунок И.1 – Номограма для розрахунку коефіцієнта надійності (імовірності безвідмовної роботи) від характеристики надійності β

Таблиця И.4

Кінець таблиці И.4

И.11 При інших значеннях коефіцієнта варіації, отриманих у результаті експериментальних досліджень, значення коефіцієнта запасу К_мц визначають за номограмою рисунка И.2.

a) CQ =0,05

' &•

б)CQ = 0,15

в) CQ =0,25

Рисунок И.2 – Залежність надійності конструкції дорожнього одягу від коефіцієнта запасу Кмц при зміні коефіцієнта варіації міцності Сr від 0,05 до 0,45 для значень коефіцієнта варіації напружень Сq відповідно 0,05, 0,15, та 0,25

ДОДАТОК К

(обов'язковий)

Методика визначення розрахункових характеристик
для армованого асфальтобетону

Поиск по сайту: