НЕДОСТАТКИ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Дорожные одежды под действием повторных нагрузок от транспортных средств работают в стадии обратимых (упруго-вязких) или упруго-вязко-пластических деформаций. В стадии обратимых (упруго-вязких) деформаций, очень небольшие остаточные деформации от эксплуатационных нагрузок накапливаются в одежде лишь в первоначальный период ее службы [1]. В дальнейшем в такой конструкции при воздействии повторных нагрузок возникают лишь практически полностью обратимые (упруго-вязкие) деформации. Остаточные же деформации в период нормальной эксплуатации таких конструкций, исключая поверхностные, которые обусловлены износом или повреждением покрытия, не накапливаются.

Состояние покрытия зависит от прочности дорожной одежды в целом. Характерным критерием для оценки степени прочности дорожной одежды служит коэффициент прочности [1], представляющий собой отношение фактической прочности одежды к требуемой прочности для данной интенсивности и состава движения.

Длительное время конструкции дорожных одежд рассчитывали по методу Союздорнии [2, 3]. В этом методе коэффициент прочности дорожной одежды представляет собой отношение фактического эквивалентного модуля упругости данной конструкции Еэкв к требуемому эквивалентному модулю упругости при существующем движении Етр:

Проблема проектирования дорожных одежд нежесткого типа получила в последующие годы дальнейшее значительное развитие [3]. Новые методы, созданные на более реальной физической и более высокой теоретической основе позволили более надежно устанавливать причины деформаций и разрушений конструкций на неустойчивых участках дорог.

На автомобильных дорогах непрерывно изменяется состав и интенсивность движения. Поэтому с течением времени коэффициент прочности дорожной одежды, как правило, понижается, так как повышается грузоподъемность автомобилей, увеличивается количество тяжелых автомобилей и растет интенсивность движения. На изменение коэффициента прочности одежды влияют и природные факторы.

Современные методы расчета и оценки прочности дорожных одежд с покрытиями нежесткого типа основаны на следующих положениях:

-        предельное состояние дорожной конструкции характеризуется показателями, зависящими от свойств материалы каждого слоя одежды и грунта земляного полотна, а также от размещения и условий их работы в конструкции;

-        расчетом учитываются не только параметры, характеризующие напряженное и деформированное состояние конструкции, но и предельные величины прочностных и деформативных характеристик материала каждого слоя;

-        за расчетные принимают наиболее тяжелые автомобили, которые обращаются по дороге в неблагоприятный период года;

-        влияние характера и продолжительности действия нагрузок от движущихся автомобилей на напряженное и деформированное состояние конструкции учитывают для одежд имеющих слои из материалов, содержащих органическое вяжущее, обусловливающее существенное проявление вязких свойств в этих материалах под действием эксплуатационных нагрузок в неблагоприятный (расчетный) период года.

Чтобы оценить прочность дорожной одежды, необходимо, прежде всего, установить, гарантирует ли общая толщина одежды от возникновения пластических смещений в грунте земляного полотна, так как необратимые смещения в земляном полотне повлекут за собой и разрушение всей конструкции. Это можно сделать, пользуясь методом расчета нежестких дорожных конструкций по местному предельному равновесию [4] (метод А.М. Кривисского). Расчеты ведут по специальным номограммам, так как аналитическое выражение расчетной формулы имеет сложный вид и вычисления по ней требуют много времени.

Кроме величины активного напряжения сдвига от временной нагрузки tа, max, необходимо учесть и активное напряжение сдвигу от собственного веса конструкции tа, в, зависящее от толщины одежды h и угла внутреннего трения j.

Полное максимальное активное напряжение сдвига в подстилающем слое:          Та, max = tа, max + tа, в.           (2)

Условие, гарантирующее работу конструкции без накопления остаточных деформаций в подстилающем грунте, выражено следующей расчетной формулой:

Как указывалось, расчетная номограмма (рис.1) метода составлена применительно к двухслойной системе. При необходимости оценить прочность многослойной дорожной конструкции, А.М.Кривисский рекомендует приводить ее к двухслойной, эквивалентной по величине напряжений в подстилающем слое, путем замены всех вышележащих слоев одним, условным слоем. Толщина, эквивалентного слоя равна толщине одежды, модуль упругости которого вычисляют по формуле:

где Е1, Е2, Е3 – модули упругости материала слоев одежды; h1, h2, h3 – толщины отдельных слоев.

При оценке прочности дорожной одежды в период весеннего оттаивания слоев грунтового основания различные по прочности состояния, в которых она находится в этот период, приводятся к расчетному [5].

Характеризуя прочность дорожной одежды величиной общего модуля упругости, уточним физический смысл известной эмпирической зависимости для определения требуемого модуля упругости [5]:

ЕТР = А + В (lq Nр – 1),                                                        (5)

где ЕТР – величина требуемого модуля упругости, Мпа; А – параметр, зависящий от типа покрытия и группы расчетной нагрузки, Мпа; В – параметр характеризующий влияние повторяемости нагрузок, Мпа; Nр – интенсивность движения, приведенная к расчетной нагрузке и ожидаемая в последний год службы одежды, авт./сутки.

В настоящее время расчётный модуль упругости грунта земляного  полотна назначается по таблицам составленным Н.А. Пузаковым [6], в зависимости от климатических, грунтовых и гидрологических условий.

Эти рекомендации имеют большую ценность, поскольку являются практически единственным источником для назначения расчетных модулей упругости грунта.

Проведенные в России исследования по водно-тепловому режиму автомобильных дорог и, в частности, работы ТОГУ [7] указывают на необходимость дальнейшего совершенствования методики назначения расчетной прочности грунта земляного полотна.

Для расчета толщины дорожных одежд принимаются средние наиболее неблагоприятные за ряд лет модули упругости грунтовых оснований [6]. Такая методика назначения расчетных модулей не учитывает возможных отклонений их от средних значений вследствие неоднородности физико-механических свойств грунта полотна.

Неоднородность свойств грунта обусловливается следующими факторами: смешением различных грунтовых разностей из разных генетических горизонтов; неравномерностью уплотнения грунта при устройстве полотна; неравномерностью воздействия климатических факторов на грунтовой массив полотна, вследствие чего тепловой и водный режим грунтов основания неоднороден; неравномерностью приложения нагрузки от подвижного состава.

При определении физико-механических свойств грунтовых оснований даже для участков полотна, находящихся в одинаковых климатических, грунтовых и гидрологических условиях, наблюдаются отклонения отдельных измерений от их средних значений.

Поэтому назначение расчетных модулей по их средним табличным значениям Ео нельзя признать достаточно обоснованным, поскольку всегда будут наблюдаться более низкие значения модулей, в этих местах возможно разрушение дорожной одежды [8].

Список литературы

1.     Корсунский М.Б. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами. – М: Транспорт, 1966 –152 с.

2.     Инструкция по назначению конструкций дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-60. – М: Автотрансиздат, 1961.

3.     Кривисский А.М. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд по местному предельному равновесию. – М.: Автотрансиздат, 1963.

4.     Шелопаев Е.И. Расчет устойчивости автомобильных дорог в суровых природных условиях. Учебное пособие. – Красноярск.: Изд. КПИ,1983. –100 с.

5.     Корсунский М.Б., Россовский П.Д., Гайворонский В.Н. Исследование водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд на постоянных станциях // Материалы V Всесоюзного совещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строительстве: Сб.3. – М., 1971, 64 с.

6.     Методические указания по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд/ Минавтодор РСФСР. – М.: Транспорт, 1979.

7.     Ярмолинский А.И. Автомобильные дороги Дальнего Востока. Опыт проектирования и эксплуатации. – М.: Транспорт, 1994. –141 с.

8.     Сиденко В.М. Расчет и регулирование водно-теплового режима дорожных одежд и земляного полотна. – М.: Автотрансиздат 1962. –116с.