Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий
Кузин Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
В статье получено аналитического решение для расчета пластического смещения поверхности дорожного асфальтобетонного покрытия. Решение выполнено интегрированием зависимости пластической деформации по толщине асфальтобетонного слоя.
Ключевые слова: пластическая деформация, асфальтобетон, дорожное покрытие.
В настоящее время в РФ наблюдается интенсивная автомобилизация, приведшая к увеличению нагрузки на дорожную одежду, возрастанию интенсивности движения и повышению доли тяжелых и очень тяжелых грузовых автомобилей в составе транспортного потока. Поэтому срок службы дорожных конструкций, запроектированных в соответствии со всеми требованиями ОДН 218.046–01 [1], не всегда соответствует фактическим значениям, установленным при диагностике автомобильных дорог. В настоящее время специалисты в области механики дорожных конструкций разрабатывают методы расчета, дополняющие нормативные критерии [1]. Среди современных разработок отметим попытки модификации критериев прочности и условий пластичности [2, 3] для расчета асфальтобетонных покрытий по сопротивлению сдвигу [4, 5], а так же методы расчета пластических деформаций в дискретных материалах [6–10], которые применяются для расчета пластических смещений в асфальтобетонных покрытиях при их проектировании по критериям ровности [11]. Выполняя критический обзор этих методов укажем что:
- Для учета возникновения сложного напряженного состояния используются методы, созданные для расчета минимального главного напряжения в грунтовом полупространстве [12–16] или слое конечной толщины из зернистых материалов [17] (щебень, гравий и т. п.).
- В основе расчетов по сопротивлению сдвигу грунтов земляного полотна лежат модифицированные условия пластичности, обоснованные экспериментально для грунтов [18–22].
Применение указанных нами решений требует экспериментального обоснования путем испытаний асфальтобетонных образцов в лабораторных условиях при варьировании температуры, величины нагрузки, количества приложений повторных нагрузок и многих других факторов.
Поэтому для расчета пластического смещения асфальтобетонного покрытия автор предлагает интегрировать функцию пластических деформаций, предложенную в его исследованиях [23, 24]. Предлагаемое интегральное уравнение имеет вид:
(1)
где р — давление от колеса на покрытие, МПа; Кдин — максимальное значение динамического коэффициента; аб– коэффициент Пуассона асфальтобетона; N — число приложенных нагрузок; Епаб — продольный модуль, характеризующий величину пластической деформации, МПа; h — толщина слоя, м; Ев и Еосн –модули упругости соответственно асфальтобетона в рассчитываемом слое и подстилающего слоистого полупространства, МПа; D — диаметр отпечатка шины расчетного автомобиля, м.
Интегрирование зависимости (1) производится методом замены переменной. Принимая, что:
.
Получим:
(2)
Формула (2) позволяет прогнозировать величину пластического смещения поверхности рассчитываемого асфальтобетонного слоя. Смещение поверхности пакета слоев определяется суммой пластического смещения поверхности каждого асфальтобетонного слоя этого пакета.
Литература:
1. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. — 146 с.
2. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.
3. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.
4. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.
5. Новиков А. Ю. Учет поврежденности монолитных и дискретных материалов при проектировании дорожных конструкций // Молодой ученый. — 2016. — № 8. — С. 265–270.
6. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.
7. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.
8. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.
9. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.
10. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.
11. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — С. 45–57.
12. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.
13. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.
14. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.
15. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.
21. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.
22. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.
23. Кузин Н. В. Учет упруговязкопластических свойств асфальтобетонных покрытий и оснований при проектировании дорожных одежд / Автореф. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ, 2008. — 19 с.
24. Александров А. С., Александрова Н. П., Кузин Н. В. Методы теории наследственности в расчетах пластических деформаций материалов и грунтов при воздействии повторяющихся нагрузок // Транспортное строительство. — 2009. — № 2. — С. 25–28.
