Взаимосвязь параметров упругости конструкций дорожной одежды с характеристиками кривой чаши прогибов

УДК 625.7

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ УПРУГОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ КРИВОЙ ЧАШИ ПРОГИБОВ

Н.В. Приймак, аспирант, В.Н. Ряпухин, к.т.н., профессор, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрена взаимосвязь параметров упругости двухслойной конструкции с характеристиками кривой чаши прогиба для определения состояния покрытия дорожной одежды.

Ключевые слова: дорожная одежда, напряженно деформированное состояние, чаша прогиба, состояние покрытия, теория упругости.

Введение

Основными тенденциями развития современного транспортного процесса являются рост объема перевозок, скорости движения, увеличение нагрузок на ось транспортных средств, что сопровождается повышением требований к прочности и надежности инженерных сооружений и качеству автомобильной дороги в целом. Существенную долю в уровне качества автомобильной дороги составляет качество дорожной одежды. Оценка качества включает: прочностную характеристику отдельных конструктивных слоев и всей конструкции в целом, соответствие технологии устройства слоев дорожной одежды, оценку физико-механических свойств материалов слоев, оценку деформативных характеристик покрытия, определение соответствие геометрических параметров конструктивных слоев дорожной одежды проекту. Оценка каждой из перечисленных характеристик основывается на разрозненных методах, которые не позволяют дать полную и комплексную оценку качества нежесткой дорожной одежды.

При назначении ремонтных работ опираются на такой показатель, как общий модуль упругости конструкции, полученный через значение максимального прогиба конструкции при приложении нагрузки.

Данный подход характеризует состояние не отдельных конструктивных слоев дорожных одежд, а всю конструкцию в целом.

Цель и постановка задачи

Разработанная на кафедре изысканий и проектирования дорог ХНАДУ методика определения модулей упругости покрытия и основания не-

жестких дорожных одежд статическим и кратковременным нагружением, позволяет определить модули упругости покрытия, основания и общий всей конструкции. Для решения поставленной задачи применена линейная теория пластин [1]. Исходные данные - прогибы покрытия в двух характерных точках чаши прогиба и толщина покрытия (монолитный слой). Предложенная задача определения фактических параметров упругости двухслойной конструкции дает возможность с большей надежностью определить де-формативные характеристики отдельных слоев и всей конструкции в целом.

На автомобильной дороге Киев-Чоп ГосДорНИИ провело испытания прочности установкой ДИНА 3М и получены величины прогибов в характерных точках 0, 5, 20, 50, 100 см от центра приложения нагрузки. По существующей методике была сделана обработка испытаний и по результатам определения общего модуля упругости конструкции отдельных конструктивных слоев и визуального осмотра покрытия сделаны выводы о состоянии покрытия.

Результаты испытаний показали, что при хорошем качестве конструкции значения модулей упругости (Е) имеют реальную величину, при наличии разрушений получаем предельно большие величины модулей упругости (Е) покрытия нежестких дорожных одежд [2]. Это объясняется тем, что конструкция не работает в пределах закономерностей теории упругости. Также на прочностные показатели влияет точность определения толщины верхнего слоя конструкции.

Полученные значения модулей верхнего монолитного слоя дают нам лишь поверхностную информацию о состоянии покрытия В связи с этим

было необходимо установить другие параметры, которые бы характеризовали условия поведения конструкции под нагрузкой и состояние покрытия.

Анализ публикаций

Исследования в области экспериментальной оценки прочности нежестких дорожных одежд проводились и раньше. Так в [3, 4] определяли зависимость радиуса кривизны линии прогибов от состояния покрытия и аппроксимировали кривые прогибов покрытия для прочных участков и участков с пониженной прочностью.

Метод решения

Нами за параметр, характеризующий форму кривой чаши прогиба, был взят вертикальный угол наклона хорды кривой прогибов а на характерном участке 0-50 см (рис.1). Он выбран из-за того, что вертикальный угол в этом промежутке отличен от 900, что нельзя сказать об угле наклона на участке 0-20 см. Значения измеренных прогибов, толщин покрытия, вертикальных углов наклона для различного состояния покрытия приведены в табл. 1 и табл. 2.

13

-0,187 -0,065 89,86

0,0409

50

100

Рис. 1. Схема измерения вертикального угла наклона хорды чаши прогиба покрытия

Таблица 1 Значения прогибов, толщины покрытия, вертикальных и единичных углов наклона чаши прогиба для разрушенного покрытия

к, см Значения прогибов на расстоянии г, см а,° а/к3

/0, мм /50, мм

7 -0,586 -0,247 89,612 0,2613

8 -0,457 -0,147 89,645 0,175

14 -0,29 -0,089 89,77 0,0327

17 -0,457 -0,172 89,673 0,0183

8 -0,32 -0,15 89,805 0,0175

14 -0,37 -0,149 89,747 0,0327

6,5 -0,421 -0,146 89,685 0,3265

8 -0,186 -0,071 89,868 0,1755

5 -0,176 -0,056 89,862 0,7189

9,5 -0,39 -0,188 89,769 0,1047

7 -0,28 -0,165 89,862 0,2619

6 -0,14 -0,09 89,943 0,4164

7 -0,297 -0,084 89,756 0,2617

5 -0,399 -0,144 89,708 0,7177

14 -0,164 -0,079 89,903 0,0328

Полученные результаты следующие:

- для хорошего состояния покрытия среднее значение угла а- 89,81193°;

- для плохого состояния а- 89,79479°.

Данное расхождение в значениях вертикальных углов не существенно и не дает нам возможность сделать какие-либо заключения о зависимости между состоянием покрытия и кривой прогибов.

Таблица 2 Значения прогибов, толщины покрытия, вертикальных и единичных углов наклона чаши прогиба для удовлетворительного состояния покрытия

к,см Значения прогибов на расстоянии г, см а,° а/к3

/0, мм /50, мм

22,5 -0,275 -0,135 89,761 0,00788

26 -0,633 -0,292 89,609 0,005098

14,5 -0,17 -0,091 89,853 0,0295

18 -0,228 -0,075 89,825 0,0154

18,5 -0,15 -0,06 89,897 0,0142

8 -0,14 -0,067 89,916 0,1756

8 -0,18 -0,07 89,874 0,1755

16,5 -0,21 -0,078 89,849 0,02

13,5 -0,06 -0,028 89,963 0,0366

10,5 -0,14 -0,065 89,914 0,07767

21 -0,163 -0,096 89,923 0,097

8 -0,268 -0,123 89,834 0,1755

17,5 -0,236 -0,127 89,875 0,0168

20 -0,3 -0,068 89,734 0,0112

8 -0,315 -0,09 89,742 0,1755

16 -0,328 -0,116 89,757 0,0219

В основу методики определения модулей упругости покрытия и основания нежестких дорожных одежд положено решение В.П. Плевако и В.Н. Ряпухина, в котором работа верхнего монолитного слоя описывается линейной теорией пластин. Для определения прогиба пластины используется следующее уравнение

ДДю =

где Б = -

f

Б

d 1 d

Д = — +--

dr г dr

Е1Н3

12(1 1) цилиндрическая жесткость

пластины; h - толщина слоя, см. ст(г) - давление

пластины на поверхность полупространства; V -коэффициент Пуассона [1].

Для определения прочностных характеристик покрытия необходимо знать его толщину. Это означает, что необходимы данные как о форме кривой, так и о толщине слоя.

Используя существующее решение по определению параметров упругости нежестких дорожных

одежд необходимо привести полученные значения углов наклона к сопоставимым условиям, которые учитывали бы изменение толщины покрытия. В использованном решении значение

толщины фигурирует как . Введем относительную величину, равную делению вертикального угла хорды на участке 0-50 см на толщину покрытия в третьей степени и сравним полученные результаты для различных состояний покрытия (табл. 1, табл. 2).

Полученные значения углов наклона кривой прогибов поделенных на соответствующие значения толщины покрытия в третьей степени дали нам следующие относительные величины:

- хорошее состояние покрытия: отношения в пределах 0,094.

- плохое состояние покрытия: отношения в пределах 0,23.

Выводы

Полученные результаты показывают, что по форме кривой возможным является анализ состояния покрытия. Данные исследования могут лечь в основу разработки экспресс-метода оценки качества покрытия по характеристикам кривой прогиба.

Литература

1. Плевако В. П., Ряпухш В.М. Теоретичш основи

визначення параметрiв пружносп дорож-нього одягу при випробуваннях // Вестник ХНАДУ. - Харьков: ХНАДУ. - 2002. -Вып. 19. - С.53-55.

2. Методика визначення модулiв пружносп пок-

риття i основи нежорстких дорожшх одяпв статичним та короткочасним навантажен-ням, М 218 - 02071168-418:2005. - К., 2005.

3. Осадчая Л.М. Экспериментальное исследова-

ние прочности нежестких дорожных одежд // Автореф. дисс. на соискание ученой степени к. т. н. - Саратов 1971. - 34 с.

4. Калужский Я.А. Отчет по научно-исследова-

тельской работе на тему: Разработка опытных конструкций дорожных одежд для условий Среднего и Нижнего Поволжья с экспериментальной оценкой их прочности. -Харьков, 1971. - С. 26-32.

Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 10 июля 2006 г.