Модифицированные критерии Писаренко — Лебедева и Кулона — Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 30 ноября, печатный экземпляр отправим 4 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (113) май-1 2016 г.

Дата публикации: 03.05.2016

Статья просмотрена: 276 раз

Библиографическое описание:

Чусов, В. В. Модифицированные критерии Писаренко — Лебедева и Кулона — Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений / В. В. Чусов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338-341. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29399/ (дата обращения: 16.11.2024).



В статье произведен анализ условий работы асфальтобетона в диапазоне различных температур. Установлено, что при низких температурах асфальтобетон работает на изгиб, а с повышением температуры теряет эту способность и испытывает пластические деформации сдвига. Для расчета покрытия по критериям сопротивления усталостному разрушению от растяжения при изгибе и сдвигу предложено два модифицированных критерия Писаренко–Лебедева и Кулона — Мора, включающих в себя меру теории поврежденности.

Ключевые слова: критерий прочности, условие пластичности, поврежденность, сплошность.

В традиционном понимании специфики работы асфальтобетонных покрытий и оснований считается, что асфальтобетон работает в условиях изгиба, вследствие чего для него наиболее опасными являются растягивающие напряжения [1]. По мнения автора условия работа асфальтобетона зависят от толщины слоя из асфальтобетона и его температуры. При варьировании этих факторов условия работы асфальтобетона изменяются от чистого изгиба (напряженное состояние, характерное для пластин и тонких плит) до трехосного сжатия (напряженное состояние, характерное для дискретных материалов и грунтов), при котором появляются пластические деформации уплотнения и сдвига. Наглядное подтверждение этого предположения можно продемонстрировать экспериментальными данными наших коллег из США.

Суть таких исследований состоит в устройстве траншей (шурфов) в дорожной одежде эксплуатируемых дорог. Для этого выбирают участок с колейностью, в пределах которого назначают участок обследования. Выбранный участок размечают, очерчивая контур будущей траншеи (см. рис. 1, а). По очерченному контуру в монолитных слоях устраивают прорезь, а материалы дорожной одежды разрабатывают, например экскаватором (см. рис. 1, б). В шурфе выполняют измерения толщины слоев дорожной одежды в колее и за ее пределами. По выполненным измерениям выявляют слои, внесшие наибольший вклад в глубину колеи, появившейся на поверхности покрытия.

На рис. 2 приведена глубинная колея, формирующаяся за счет пластического деформирования грунтов земляного полотна и дискретных материалов основания дорожной одежды, а так же уплотнения монолитных материалов верхних слоев дорожной одежды и вследствие износа (истирания) покрытия шинами автомобилей.

Рис. 1. Шурфирование дорожной одежды автодороги SH 302, (восток штата Миссисипи): а — разметка транфеи, б — разработка шурфа

Рис. 2. Глубинная колея, обусловленная пластическим деформированием грунтов земляного полотна и дискретных материалов дорожной одежды

На рис. 3 приведена иллюстрация поверхностной колеи, формирующейся за счет деформаций сдвига асфальтобетона в покрытии и основании дорожной одежды.

Рис. 3. Поверхностная колея, обусловленная пластическим деформированием Асфальтобетона в слоях покрытия и основания

Анализ рис. 2 и рис. 3 позволяет сделать вывод о различных условиях работы асфальтобетонных покрытий. В первом случае это изгиб, но отличающийся от чистого тем, что возникают вертикальные деформации уплотнение, а во втором возникает трехосное сжатие, которое приводит к сдвигу и формированию боковых выпоров у колеи.

Таким образом, для расчета асфальтобетонных покрытий на растяжение при изгибе нужен критерий, учитывающий возникновение всех трех главных напряжений. Этот критерий может применяться к чистому изгибу, при котором одно из главных напряжений принимает нулевое значение. Для расчета асфальтобетонных покрытий по сопротивлению сдвигу необходимо условие пластичности. Любой расчет на прочность или пластичность основывается на критерии прочности или условии пластичности. Поэтому проанализировав некоторые грунтовые критерии прочности и условия пластичности [2], автор принял в качестве исходных принять:

– для расчета на изгиб оригинальный критерий Писаренко — Лебедева [3];

– для расчета на сдвиг трехпараметрический критерий Кулона — Мора [4].

Предельное состояние по оригинальному критерию Писаренко — Ледедева описывается уравнением [3]

, (1)

где Rр и Rс — пределы прочности на одноосное растяжение и сжатие, Па; и — интенсивность нормальных напряжений, Па.

Предельное состояние трехпараметрического критерия Кулона — Мора определяется уравнением [4]

, (2)

где  — угол внутреннего трения, о; с — сцепление, МПа; d — параметр материала, зависящий от величины деформации, принимаемой за предельную при выполнении трехосных испытаний.

Известно, что асфальтобетон накапливает повреждения которые являются следствием усталостных процессов [5] и их необходимо учитывать в расчетах на прочность и пластичность. Учет дефектов в структуре асфальтобетона при расчете дорожных покрытий можно выполнить вводом в уравнения (1) и (2) мер теории накапливания повреждений. Эти мерами служат сплошность Л. М. Качанова  [6] и поврежденность Ю. Н. Работнова  [7]. Согласно принципу эквивалентности напряжений любая компонента тензора напряжений поврежденного тела определяется по формуле:

, (3)

где ij компоненты тензора напряжений сплошного тела.

Подставив зависимости (3) в формулы (1) и (2), получим:

, (4)

. (5)

Расчет главных напряжений в критерии (4) можно выполнит, используя решение М. Б. Корсунского, являющееся традиционным для расчета асфальтобетонных покрытий и оснований. Для расчета напряжений в критерии (5) нужно применить формулы механики сплошной среды [8, 9] или модифицированные модели механики зернистой среды [10–12].

Литература:

1. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд.– М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. — 146 с.

2. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 4 (61). — С. 49–57.

3. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии — Киев: Наукова Думка, 1976. — 416 с.

4. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.

5. Углова Е. В., Илиополов С. К., Селезнев М. Г. Усталостная долговечность эксплуатируемых асфальтобетонных покрытий. — Ростов н Д: РГСУ, 2009. — 244 с.

6. Качанов, Л. М. Основы механики разрушения / Л. М. Качанов. — М.: Наука, 1974. — 312 с.

7. Работнов, Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела / Ю. Н. Работнов. — М.: Наука, 1979. — 744.

8. Ahlvin R. G., Ulery H. H. Tabulated Values for Determining the Complete Pattern of Stresses, Strains and Deflections Beneath a Uniform Load on a Homogeneous Half Space, Bull. 342, Highway Research Record, pp. 1–13, 1962.

9. Foster, С.R., Ahlvin R. G. Stresses and deflections induced by a uniform circular load. // Proc. Highway Research Board. — 1954. — Vol. 33. — P. 236–246.

10. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.

11. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.

12. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–2

Основные термины (генерируются автоматически): дорожная одежда, условие пластичности, расчет, глубинная колея, земляное полотно, оригинальный критерий, поверхностная колея, предельное состояние, трехосное сжатие, чистый изгиб.


Похожие статьи

Влияние бокового давления на несущую способность грунта

Работа посвящена изучению напряженно-деформированного состояния грунтов в условиях компрессии и среза. Приведены результаты сравнительных исследований напряженно-деформированного состояния грунтов в условиях невозможности бокового расширения с измере...

Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальто-бетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу

В статье выполнен обзор и анализ условий работы асфальтобетонных покрытий при высоких температурах. Установлено, что в таких условиях асфальтобетон испытывают пластические деформации сдвига. Деформации сдвига происходят вследствие потери асфальтобето...

О трехчленном законе фильтрации газа с учетом влияния начального градиента и инерционных сил

Приведенные исследования показывают, что наличие начального градиента имеет место не только на нефтяных, но и на газовых месторождениях. Кроме того, начальный градиент в основном не остается неизменным в процессе разработки, а часто меняется. Существ...

Устойчивость железобетонного изгибаемого элемента (балки) под действием равномерно распределенного изгибающего момента

В статье анализируются задача на устойчивость железобетонного изгибаемого элемента под действием равномерно распределенного изгибающего момента, решенная ПК «ANSYS». Определяются формы потери устойчивости и значение критического изгибающего момента....

Численное исследование теплообмена в канале с конфузором и наличием пульсаций

В работе представлены результаты численного исследования теплообмена в канале с конфузорной секцией с воздействиями пульсаций. Исследовано влияние пульсаций на основные параметры потока при разных числах Рейнольдса. Вычислен коэффициент теплоотдачи,...

Воздействие усадочных явлений на защитно-отделочное покрытие стен из пенобетона

Показана кинетика усадочных деформаций в полимерцементных составах с учетом количественных величин полимерных добавок поливинилацетатной дисперсии или каучукового латекса. Представлена информация о влиянии изменяющихся температур и количества добавок...

Математическое моделирование взрывного разложения энергетических материалов

Работа посвящена созданию пакета прикладных программ, позволяющего моделировать процесс взрывного разложения энергетических материалов. При моделировании процесса необходимо учитывать диффузию активных частиц и перенос энергии химической реакции в тв...

Прочность и деформируемость армированных песчаных грунтов в условиях трехосного сжатия

Проведены экспериментальные исследования с образцами песчаного грунта в естественном состоянии и с введением армирующих прослоек в приборе трехосного сжатия. Выявлены закономерности увеличения параметров прочности и уменьшения деформируемости песчано...

Исследование конечной жесткости соединений металлических конструкций

В статье показано различие в подходе к расчету соединений элементов поперечных рам стальных каркасов в российской и европейской нормативной документации. Рассмотрено влияние учета конечной жесткости соединений на распределение внутренних силовых факт...

Алгоритм расчета переходного процесса при ударе цилиндрического кольца о жесткое полупространствo

Рассматривается алгоритм расчета полей перемещений и скоростей, возбуждаемых контактной границей при различных граничных условиях. В частности рассмотрены два предельных случая взаимодействия полное прилипания и свободного проскальзывания.

Похожие статьи

Влияние бокового давления на несущую способность грунта

Работа посвящена изучению напряженно-деформированного состояния грунтов в условиях компрессии и среза. Приведены результаты сравнительных исследований напряженно-деформированного состояния грунтов в условиях невозможности бокового расширения с измере...

Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальто-бетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу

В статье выполнен обзор и анализ условий работы асфальтобетонных покрытий при высоких температурах. Установлено, что в таких условиях асфальтобетон испытывают пластические деформации сдвига. Деформации сдвига происходят вследствие потери асфальтобето...

О трехчленном законе фильтрации газа с учетом влияния начального градиента и инерционных сил

Приведенные исследования показывают, что наличие начального градиента имеет место не только на нефтяных, но и на газовых месторождениях. Кроме того, начальный градиент в основном не остается неизменным в процессе разработки, а часто меняется. Существ...

Устойчивость железобетонного изгибаемого элемента (балки) под действием равномерно распределенного изгибающего момента

В статье анализируются задача на устойчивость железобетонного изгибаемого элемента под действием равномерно распределенного изгибающего момента, решенная ПК «ANSYS». Определяются формы потери устойчивости и значение критического изгибающего момента....

Численное исследование теплообмена в канале с конфузором и наличием пульсаций

В работе представлены результаты численного исследования теплообмена в канале с конфузорной секцией с воздействиями пульсаций. Исследовано влияние пульсаций на основные параметры потока при разных числах Рейнольдса. Вычислен коэффициент теплоотдачи,...

Воздействие усадочных явлений на защитно-отделочное покрытие стен из пенобетона

Показана кинетика усадочных деформаций в полимерцементных составах с учетом количественных величин полимерных добавок поливинилацетатной дисперсии или каучукового латекса. Представлена информация о влиянии изменяющихся температур и количества добавок...

Математическое моделирование взрывного разложения энергетических материалов

Работа посвящена созданию пакета прикладных программ, позволяющего моделировать процесс взрывного разложения энергетических материалов. При моделировании процесса необходимо учитывать диффузию активных частиц и перенос энергии химической реакции в тв...

Прочность и деформируемость армированных песчаных грунтов в условиях трехосного сжатия

Проведены экспериментальные исследования с образцами песчаного грунта в естественном состоянии и с введением армирующих прослоек в приборе трехосного сжатия. Выявлены закономерности увеличения параметров прочности и уменьшения деформируемости песчано...

Исследование конечной жесткости соединений металлических конструкций

В статье показано различие в подходе к расчету соединений элементов поперечных рам стальных каркасов в российской и европейской нормативной документации. Рассмотрено влияние учета конечной жесткости соединений на распределение внутренних силовых факт...

Алгоритм расчета переходного процесса при ударе цилиндрического кольца о жесткое полупространствo

Рассматривается алгоритм расчета полей перемещений и скоростей, возбуждаемых контактной границей при различных граничных условиях. В частности рассмотрены два предельных случая взаимодействия полное прилипания и свободного проскальзывания.

Задать вопрос