WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

КАЛЁНОВА Екатерина Валерьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕЖЁСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С АСФАЛЬТОБЕТОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

(05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Строительство и эксплуатация дорог» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Васильев Александр Петрович

Официальные

оппоненты: заведующий лабораторией

ОАО «СоюздорНИИ» доктор

технических наук, профессор

Казарновский Владимир Давидович,

заведующий отделом методологии

технического регулирования

ВНИИНМАШ кандидат технических

наук Ильин Сергей Владимирович

Ведущая организация: ФГУП Росдорнии.

Защита состоится 19 марта в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42, телефон для справок (495) 155-93-24.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба высылать в двух экземплярах, а копию отзыва просим прислать по

e-mail: uchcovet@madi.ru.

Автореферат разослан «____» февраля 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

проф., канд. техн. наук Борисюк Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. С каждым годом происходит стремительное увеличение интенсивности движения автомобилей, рост осевых нагрузок, а также увеличение удельного веса грузовых автомобилей в составе транспортного потока. В связи с этим дорожная одежда большей части дорог России, запроектированная на нагрузку 60 кН и 100 кН, быстро разрушается. В настоящее время согласно СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги» дорожную одежду следует рассчитывать на максимальную осевую нагрузку 115 кН. В то же время выпускаемые в нашей стране и поставляемые из-за рубежа современные грузовые автомобили имеют осевую нагрузку 130 кН и более, например некоторые модели Scania, MAN. Вполне логично, что данные аспекты должны быть отражены в методике проектирования дорожной одежды как наиболее дорогостоящего и затратного элемента дороги. Используемая российскими дорожниками инструкция «Проектирование нежёстких дорожных одежд» (ОДН 218.046-01), хотя и наиболее чётко отвечает поставленной задаче, но всё же имеет ряд недостатков и нуждается в совершенствовании. Применяемый метод расчёта нежёстких дорожных одежд по трём основным критериям прочности вынуждает проектировщика неоднократно просчитывать конструкцию по всем критериям, поскольку ему неизвестно, какой из этих критериев является определяющим при данных конкретных исходных характеристиках (грунт земляного полотна, уровень грунтовых вод и т.д.) и расчёт по какому из них может не потребоваться. Конечно, в настоящее время существует множество программных обеспечений, таких как продукт «CREDO» «Радон», «RUBOR», «GEONIX», «ЛИРА» и др., позволяющих снизить трудоёмкость расчётов дорожных конструкций, но они имеют свои недостатки, ограничивающие их использование. При тестировании ряда программных комплексов специалистами с кафедры проектирования дорог МАДИ (ГТУ) были выявлены значительные погрешности в расчёте по сравнению с ручным методом. Только ручной метод расчёта дорожной одежды позволяет достичь необходимую точность результатов расчёта и рассчитать такую конструкцию, общий модуль упругости на поверхности которой будет максимально приближен к требуемому модулю. Однако в действующей инструкции не определены значения минимально допустимых толщин конструктивных слоёв дорожной одежды, удовлетворяющих тому или иному расчётному критерию. Значения минимально допустимых толщин асфальтобетонных слоёв, представленные в нормах, определены исходя из температурной трещиностойкости материалов слоёв. Кроме того, существенным недостатком действующего метода расчёта является то, что расчёт дорожной одежды предусмотрен только для горизонтальных участков и напряжённо-деформированное состояние конструкции на участках подъёмов и спусков не учитывается. Всё вышеперечисленное позволяет сформулировать основные направления исследования.

Цель диссертации. Совершенствование методики расчёта при проектировании нежёстких дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями.

Научная новизна

  • Выявлена зависимость определения минимально допустимых толщин нижнего слоя асфальтобетонных слоёв, удовлетворяющего критерию сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе, в зависимости от суммарного движения, типа асфальтобетона, дорожно-климатической зоны.
  • Определены минимально допустимые значения толщины дорожной одежды, удовлетворяющей критерию морозного пучения.
  • Произведена оценка приоритетности применения расчётных критериев.
  • Определены значения динамических модулей упругости асфальтобетона, соответствующие различной длительности нагружения.
  • Разработана методика проектирования дорожной одежды с учётом особенностей продольного и поперечного профилей дороги.

Практическая ценность. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена рациональная последовательность расчёта нежёстких дорожных одежд, основанная на целесообразности применения расчётных критериев, позволяющая в зависимости от имеющихся исходных данных проектировать дорожную конструкцию с минимальными затратами труда проектировщика. Методика также даёт возможность проектировать дорожную одежду с учётом особенностей продольного и поперечного профилей дороги путём использования значений динамических модулей упругости асфальтобетона, определённых при различной длительности нагружения.

Реализация работы. Результаты проведённых исследований и предложенная методика были использованы при разработке проекта для объекта «МегаДром Москва» в разделе, посвящённом обоснованию конструкции дорожной одежды и земляного полотна. В настоящее время полученные результаты (два варианта дорожной конструкции) внедрены в производство, одобрены и утверждены к строительству генеральным заказчиком – немецкой фирмой «Tilke Gmbh». Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются в курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 65-й (2006 г.) и 66-й (2007 г.) научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), а также на заседаниях кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» МАДИ (ГТУ) (2005-2008 гг.).

На защиту выносится:

  • оптимальная последовательность расчёта при проектировании нежёстких дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, основанная на целесообразности применения расчётных критериев;
  • зависимость для определения минимально допустимых толщин нижнего слоя асфальтобетонных слоёв, удовлетворяющих критерию сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе, в зависимости от суммарного движения, типа асфальтобетона, дорожно-климатической зоны;
  • значения динамических модулей упругости асфальтобетона, рассчитанные при различной длительности действия нагрузки.

Публикации. По результатам исследования опубликовано семь печатных работ в профильных изданиях, в том числе находящихся в списке ВАК России, в которых отражены все основные положения диссертационной работы.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она содержит первый том печатного текста на 151 странице, включая 26 рисунков, 14 таблиц и второй том из 9 приложений на 125 страницах. Список использованной литературы насчитывает 95 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулирована цель и основные направления работы.

Первая глава содержит системный анализ существующих отечественных и зарубежных методов расчёта нежёстких дорожных одежд. Вопросами расчёта нежёстких дорожных одежд занимались такие известные учёные, как В.К. Апестин, В.И. Барздо, А.К. Бируля, А.М. Богуславский, А.П. Васильев, Н.Н. Иванов, В.Д. Казарновский, М.С. Коганзон, М.Б. Корсунский, А.М. Кривисский, А.М. Кулижников, В.П. Матуа, А.Е. Мерзликин, Б.С. Радовский, А.В. Руденский, А.В. Смирнов, А.М. Стрижевский, П.И. Теляев, Ю.М. Яковлев и многие другие в нашей стране, а также Ватанатад, Веверка, Гшвендт, Финн, Хушек и др. за рубежом. Анализ современных методов расчёта нежёстких дорожных одежд позволил выявить ряд основных недостатков и определить основные направления в совершенствовании методики расчёта. В частности, установлено, что в действующих нормах недостаточно чётко обоснованы рекомендации, касающиеся последовательности расчёта дорожной конструкции, вследствие чего расчёт конструкции представляется процессом, требующим значительных временных затрат при ручном счёте, который в настоящий момент используется во многих проектных организациях. Принятые в инструкции по расчёту дорожных одежд требования к минимальным толщинам конструктивных слоёв не обоснованы с точки зрения расчёта дорожной одежды и являются, по сути, значительно заниженными для сравнения: толщина из битумосодержащих слоёв и слоёв из каменных материалов на дорогах США и Канады почти в два раза больше, чем по российским нормам). Кроме того, расчёт конструкции по действующим нормам производится для горизонтальных участков (продольный уклон менее 30 ‰), следовательно, воздействие автомобиля на дорожную одежду и характер её напряжённо-деформированного состояния на наклонных поверхностях не учитывается. Также действующими нормами на проектирование дорожной одежды не учитывается скорость движения грузовых автомобилей, а иными словами, – продолжительность действия нагрузки. Формально продолжительность действия нагрузки учтена в величинах динамических модулей упругости материалов слоёв и составляет 0,1 с, что не соответствует реальной продолжительности нагружения. Данный аспект отмечен в исследованиях А.М. Богуславского, Б.С. Радовского, А.В. Руденского, А.В. Смирнова, Ю.М. Яковлева, П.П. Петровича и др.

Исходя из цели работы и анализа методов расчёта нежёстких дорожных одежд, автором поставлены следующие задачи.

  1. Обосновать наиболее значимые параметры при назначении конструкции дорожной одежды.
  2. Оценить область применения критериев расчёта нежёстких дорожных одежд.
  3. Определить и обосновать значения минимально допустимых толщин конструктивных слоёв дорожной одежды.
  4. Исследовать основные расчётные показатели: скорости движения грузовых автомобилей и фактические транспортные нагрузки, осевые расчётные нагрузки.

Во второй главе произведён ряд теоретических исследований, цели которых заключались в оценке области применения асфальтобетона с различными расчетными характеристиками в нижней части пакета из асфальтобетонных слоев, определении, в каких случаях проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость актуальна, а также определении степени применимости критерия сдвигоустойчивости слоёв из малосвязных материалов и подстилающего грунта земляного полотна. Для этого был произведён расчётный эксперимент, который состоял из трёх разделов, при этом было просчитано около 800 конструкций дорожной одежды по трём основным и одному вспомогательному (морозному пучению) критериям расчёта с изменением исходных параметров.

При проведении расчётного эксперимента №1 для критерия обеспечения сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе было просчитано 360 вариантов дорожных одежд с изменением таких исходных расчётных характеристик, как суммарное движение, тип асфальтобетона в нижнем слое трёхслойного пакета асфальтобетонных слоёв и динамические модули упругости асфальтобетона. В результате расчётного эксперимента по критерию сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе была получена зависимость минимально допустимой толщины нижнего слоя из высокопористого (песчаного) или пористого асфальтобетона от суммарного расчётного числа приложений расчётной нагрузки для различных динамических модулей упругости асфальтобетона, общий вид которой представлен на рис.1. Для определения минимально допустимой толщины нижнего слоя из высокопористого или пористого асфальтобетона, исходя из условия обеспечения сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе, можно рекомендовать следующую формулу, полученную в результате теоретического эксперимента:

см (1)

где - минимально допустимое значение толщины нижнего слоя пакета асфальтобетонных слоёв из пористого или высокопористого (песчаного) асфальтобетона, см;

- суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки;

а, b – эмпирические параметры, зависящие от марки битума и сочетания толщин двух верхних слоев трехслойного пакета, табл. 1.

Таблица 1

Значения эмпирических параметров a и b для определения минимальной толщины нижнего слоя из высокопористого (песчаного) и пористого асфальтобетона трёхслойного пакета асфальтобетонных слоёв

Толщины двух верхних слоев 3-слойного пакета: плотного; пористого асфальтобетона соответственно

Марка битума

БНД 40/60

БНД 60/90

БНД 90/130

a

b

a

b

a

b

1

2

3

4

5

6

7

II дорожно-климатическая зона

При использовании в нижнем слое высокопористого асфальтобетона

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»