Последовательность расчета.

1.Назначают расчетный срок службы жесткой дорожной одежды Т_н в соответствии с действующими нормами межремонтных сроков службы одежды.

2. Определяют суточную среднегодовую интенсивность движения автомобилей на наиболее загруженную полосу покрытия, приведенную к расчетным нагрузкам группы А по условию работоспособности дорожной одежды

, (15.3)

где k_р – коэффициент, учитывающий распределение транспортных средств по ширине проезжей части; N_c1 – суточная среднегодовая интенсивность движения транспортного потока на дороге в первый год эксплуатации после строительства или ремонта одежды, авт/сут; q – показатель роста интенсивности движения во времени (обычно находится в пределах 1,05-1,15); w – количество типов автомобилей в транспортном потоке; a_i – коэффициент приведения рассматриваемого автомобиля к расчетному группы А (табл. 15.4); p_i – доля автомобилей соответствующего типа в транспортном потоке.

Таблица 15.4.Значения коэффициентов приведения a_i

3. Используя полученное значение интенсивности N_p, подбирают конструкцию дорожной одежды. Сначала по табл. 15.5 определяют толщину покрытия и материал основания дорожной одежды, а затем по табл. 15.1 – длину плиты. Данные, приведенные в таблицах, получены на основании многолетнего опыта эксплуатации цементобетонных покрытий.

Таблица 15.5. Значения мощности покрытия, см

4. Затем проверяют трещиностойкость покрытия подобранной конструкции при совместном действии температуры и транспортных нагрузок. Условие трещиностойкости покрытия в общем случае может быть записано в следующем виде:

, (15.4)

где N_рт – предельное количество приложений расчетных суммарных напряжений (s_рт) от температуры и нагрузки группы А, вызывающее растрескивание покрытия. За расчетные температурные напряжения целесообразно принять максимальные напряжения, возникающие в плитах рассматриваемой конструкции; N_ф – фактическое количество приложений суммарных напряжений за нормативный межремонтный срок службы одежды, приведенных к расчетным значениям.

Температурные напряжения и напряжения от вертикальной нагрузки рассчитывают по формулам теории упругости для плит, лежащих на упругом основании или частично опертых на него. За расчетное сечение принимают середину края плиты по полосе наката.

Для определения фактического количества приложений расчетных напряжений N_ф необходимо знать повторяемость напряжений в покрытии от разных автомобилей в составе движения, а также численное значение и длительность температурных напряжений в покрытии.

Исследования показывают, что воздействие автомобилей на покрытие носит случайный характер в связи с различиями по использованию отдельных автомобилей по грузоподъемности и пробегу, по скорости движения отдельных автомобилей, жесткости рессор и давлению воздуха в шинах автомобилей, а также из-за отклонения проходов колес автомобилей от расчетного сечения (по ширине покрытия). Поэтому повторяемость напряжений в покрытии от автомобильных нагрузок целесообразно устанавливать на основании наблюдений за распределением проходов колес автомобилей по ширине покрытия и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния покрытия при действии подвижных нагрузок.

5. Приведение различных суммарных напряжений к расчетным осуществляют по степени их воздействия на дорожное покрытие (по условию работоспособности покрытия) с помощью кривых усталости материалов, которые в общем виде можно представить как

, (15.5)

где s_pт – фактическое суммарное напряжение на подошве покрытия от рассматриваемой нагрузки и температуры, МПа; N_i – число приложений нагрузок, вызывающих напряжение s_pт, до разрушения образца материала.

Коэффициент приведения i-го напряжения к расчетному

. (15.6)

При приведении нагрузок учитывают характеристику цикла напряжения r в условиях совместного действия температуры и нагрузки

, (15.7)

где s_р – напряжение растяжения при изгибе на подошве плиты в расчетном сечении от автомобильной нагрузки, МПа; s_т – температурное напряжение, МПа.

6. Непрерывно происходящие изменения напряженного состояния покрытия в связи с изменением прочности бетона, жесткости основания, состава и интенсивности движения учитывают разделением проектного срока службы дорожной одежды на отдельные отрезки времени и определением повторяемости расчетных суммарных напряжений (s_рт) по каждому отрезку в отдельности с последующим суммированием полученных повторяемостей. В общем виде

, (15.8)

где N_t – суточная среднегодовая интенсивность движения автомобилей в любой рассматриваемый год эксплуатации t, авт/сут; m – количество расчетных уровней суммарных напряжений в год; n – количество дней в году (365); g_i – годовая повторяемость рассматриваемого уровня суммарных напряжений, в долях единицы (g_i <1).

7. В случае если N_рт/N_ф>1, запроектированное покрытие обладает повышенным запасом прочности. В этом случае увеличивают длину или снижают толщину плиты и вновь осуществляют оценку трещиностойкости покрытия. В случае если N_рт/N_ф<1, покрытие недостаточно трещиностойко и требуется увеличить толщину и уменьшить длину плиты.

8. Уточняется длина плиты покрытия на основании технико-экономического расчета. В Инструкциях но проектированию (ВСН 197-83) и строительству (ВСН 139-80) цементобетонных покрытий отмечается, что проектные организации могут изменять длину плит против значений, полученных расчетом, при соответствующем технико-экономическом обосновании. При таком обосновании, например, принимают во внимание особенности образования поперечных трещин и несущественное их влияние на состояние покрытия по ровности в процессе эксплуатации цементобетонных покрытий.

Опыт эксплуатации покрытий свидетельствует, что со временем не происходит одновременного растрескивания всех плит цементобетонного покрытия из-за неоднородности свойств материалов дорожной одежды. Чем меньше длина плит, тем меньше и количество трещин в любой рассматриваемый момент времени.

Например, вероятность растрескивания плит р(Т) покрытия толщиной 20 см можно представить следующей эмпирической зависимостью

, (15.9)

где N_S – количество проходов расчетного автомобиля группы А, тыс. ед.; К и х – постоянные, зависящие от длины плиты L. Например, для покрытия, устроенного на песчаном основании, при изменении длины плиты с 5 до 8 значение К меняется от 0,000008 до 0,0094, а х – от 1,725 до 1.

Основываясь на приведенной зависимости, можно утверждать, что с уменьшением длины плиты повышается надежность покрытия и сокращаются затраты на ремонт покрытия, но увеличиваются затраты на устройство и содержание швов. При увеличении длины плиты, наоборот, уменьшаются затраты на устройство и содержание швов, но увеличиваются затраты на ремонт покрытия в связи с уменьшением его надежности. В этих условиях всегда имеется оптимальное решение по критерию минимума суммарных затрат на устройство швов C_ш, ремонт (разделку) трещин Э_р, и периодическое заполнение швов Э_ш и трещин Э_т герметиками

. (15.10)

Отдаленность затрат на ремонт и содержание для упрощения расчетов можно не учитывать. Учет отдаленности приводит к незначительному увеличению оптимальной длины плиты.

Из расчета на 1 км покрытия и при условии ежегодного содержания швов и трещин

, (15.11)

где , , , – затраты, относящиеся к одному шву или трещине, у.е.; р(Т_н ) и р(Т_i ) – соответственно вероятности растрескивания плит длиной L в конце расчетного периода эксплуатации и через T_i лет.

Для примера на рис. 15.7 показаны результаты расчетов по приведенной методике для цементобетонного покрытия толщиной 20 см, устроенного на песчаном основании.

Рис. 15.7. Оптимальная длина плиты в зависимости от соотношения затрат на устройство швов и первоначальный ремонт (разделку) трещин, затрат на периодическое заполнение швов и трещин герметиками в период эксплуатации дороги (при Т_н = 30лет)

15.5. Основные критерии расчета жестких дорожных одежд

В практике дорожного проектирования расчет жестких одежд дополнительно ведется по следующим критериям.