Расчёт конструкции дорожной одежды

Министерство образования и науки Украины

Одесская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог

Задание

на выполнение курсовой работы по дисциплине:

«Транспорт и пути сообщения»

на тему: «Расчёт конструкции дорожной одежды»

Исходные данные:

1. Область строительства – Одесская

2. Категория дороги – III

3. Интенсивность движения – 2000 авт/сут

4. Состав транспортного потока:

-       легковые – 35%;

-       легковые грузовые – 15%;

-       средние грузовые – 15%;

-       тяжёлые грузовые – 10%;

-       автомобили с прицепом – 15%;

-       автопоезда – 3%;

-       автобусы – 7%.

5. Ежегодный прирост интенсивного движения – 5%.

Задание выдал ________________________           _____________

Содержание:

1.     Установка модуля упругости дорожной одежды………………………….4

2.     Расчёт дорожной одежды…………………………………………………...7

3.     Расчёт конструкции по условию сдвига устойчивости в грунте………..10

4.     Расчёт конструкции на сопротивление монолитных слоёв разрушению от растяжения при изгибе………………………………………………….12

5.     Расчёт конструкции жёсткого типа……………………………………….14

1.     Установка модуля упругости дорожной одежды

Согласно ДБН В.2.3-4: 2015 для данной категории дороги принимаем облегчённый тип дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием.

Расчетным периодом для данного типа покрытия является срок 13 лет.

Определяем интенсивность движения на срок эксплуатации:

Определяем интенсивность движения на полосу:

Определяем среднесуточную перспективную количество проездов всех колес, размещенных по одну сторону транспортного средства в пределах одной полосы проезжей части приведенной к расчетной количестве.

Для заданной категории дороги принимаем расчетный тип автомобиля А2 с такими характеристиками:

-       нагрузка на ось ;

-       давление в шинах ;

-       отпечаток следа колеса .

Приведенная интенсивность движения:

Таблица 1

где  – расчетное количество дней в году;

       – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего, который ожидается, принимается 1,38;

       – коэффициент суммы:

Определяем требуемый модуль упругости дорожной одежды:

Минимальный требуемый модуль упругости (табл. 3.7):

Расчетный модуль упругости:

Коэффициенты запаса прочности:

·        упругий прогиб – 1,33;

·        изгиб – 1,29;

·        растяжение – 1,40.

2.     Расчёт дорожной одежды

Расчёт дорожной одежды

Таблица 2

№	Материал слоя	слоя, см	Расчёт по	Сопротивление растяжения при изгибе
упруго-му про-гибу , МПа	сопро-тивле-ние сдвигу , МПа	, МПа	, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Мелкозернистый плотный а/б тип Б, I  марка, БНД 60/90	6	3200	900	4500	9,8	5,5	4,0
2	Крупнозернистый горячий плотный а/б тип Б, I  марка, БНД 60/90	11	3200	900	4500	9,8	5,5	4,0
3	Щебёночно-песчаная смесь, укреплённая цементом	15	500	500	500
4	Щебёночно-песчаная смесь	12	350	350	350
5	Песок	16	120	120	120

Рис. 1. Расчётная схема конструкции дорожной одежды

Расчитаем конструкцию дорожной одежды по упругому прогибу. Определим модуль упругости на поверхности первого слоя:      

По монограмме находим:

Определим модуль упругости на поверхности второго слоя:      

По монограмме находим:

Определим модуль упругости на поверхности третьего слоя:      

По монограмме находим:

Определим модуль упругости на поверхности четвёртого слоя:      

По монограмме находим:

Определим модуль упругости на поверхности пятого слоя:      

По монограмме находим:

Проверим условие прочности :

Вывод: Условие выполнено, так как

3.     Расчёт конструкции по условию сдвига устойчивости в грунте

Для определения напряжения сдвигов предварительно назначенную конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной расчётной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт – тяжёлый суглинок с такими характеристиками:

 

 

 

Модуль упругости верхнего слоя модели определяем по формуле:

Для отношения  и  при

 При помощи монограммы определяем удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки:

Определяем действующее в грунте активное напряжение сдвига:

где  – давление в шинах.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте:

где  – сцепление в грунте земляного полотна:

       – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции, равен 1;

       – усреднённый удельный вес конструктивных слоёв, размещённых выше проверяемого слоя, равен ;

       – глубина размещения поверхности слоя, которая проверяется на сдви-гоустойчивость от верха конструкции;

       – величина угла внутреннего трения;

       – коэффициент для перевода в МПа.

Проверим условие :

Вывод: Условие не выполнено, так как .

4.     Расчёт конструкции на сопротивление монолитных слоёв разрушению от растяжения при изгибе

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели – это часть конструкции, расположенная ниже асфальтобетонных слоёв.

Модуль упругости нижнего слоя:

Верхний слой модели – асфальтобетонные слои. Модуль упругости верхнего слоя рассчитывается по формуле:

Для отношений  и  при  

Расчётное растягивающее напряжение асфальтобетона:

где  – давление в шинах;

       – коэффициент, учитываемый особенности напряжённого состояния покрытия под колесом автомобиля, равен 0,85.

Определим допустимое растягивающее напряжение при изгибе асфальтобетона:

где  – лабораторное значение границы прочности на растяжение при изгибе, принимаем 9,8 МПа;

        – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от действия погодных условий, равен 0,95;

       – коэффициент, учитывающий повторность нагрузок на дорогу:

где  – коэффициент, учитывающий влияние повторных нагрузок в нерасчётный период, равен 4,0;

       – суммарная интенсивность движения;

       – показатель усталости, равен 5,5.

       – коэффициент, учитывающий снижение прочности материалов конструкции в результате температурно-осадочных влияний, равен 0,85.

Проверим условие :

Коэффициент прочности:

Вывод: Условие выполнено, так как

5.     Расчёт конструкции жёсткого типа

Исходные данные:

1.     Категория дороги – III;

2.     Ширина проезжей части – 8 м;

3.     Расчётная продолжительность службы покрытия – 25 лет;

4.     Расчётная нагрузка на покрытие – 100 кН;

5.     Перспективная интенсивность движения на 20 лет – 2000 авт/сут;

6.     Показатель ежегодного прироста движения – 5%;

7.     Грунт земляного полотна – суглинок тяжёлый;

8.     Материал покрытия – бетон

Приведённая интенсивность движения рассчитывается по формуле:

где  – интенсивность движения в расчётный год:

       – коэффициент полос движения, равен 0,55;

      – коэффициент, зависящий от ширины проезжей части, равен 1,1.

.

Расчётная суммарная нагрузка:

где  – количество дней в году с температурой больше нуля, равно 278 дней для Одесской области.

5.1. Расчёт монолитного покрытия

Расчёт прочности на растяжение при изгибе:

где  – прочность на растяжение при изгибе;

      – коэффициент усталости бетона:

               – коэффициент набора прочности, равен 1,2;

Напряжение растяжения при изгибе, возникающее под действием нагрузки:

где  – расчётная нагрузка на колесо, равна 50 кН;

        – коэффициент учитывающий влияние месторасположения нагрузки, равен 1,5;

        – коэффициент, учитывающий условия работы, равен 0,66;

        – коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений, равен 1,65;

        – радиус отпечатка колеса:

где  – давление в шинах, принимаем 0,6 МПа.

        – упругая характеристика плиты:

где  – толщина плиты, см;

       – модуль упругости цементобетона, равен 32 000 МПа;

       – коэффициент Пуассона основания, равен 0,25;

       – коэффициент Пуассона бетона, равен 0,2;

      – эквивалентный модуль упругости основания:

Рис. 3. Конструкция двухслойной модели дорожной одежды

По монограмме находим:

        – толщина плиты, равна 22 см;

        – коэффициент, учитывающий влияние температурного корабления плиты, равен 0,78.

Проверим условие :

Коэффициент прочности:

Вывод: Условие выполнено, так как .