Проектирование нежестких и жестких дорожных одежд капитального типа 8-ми полосной автомобильной дороги

Курсовая.dwg

I-й слой -верхний слой покрытия
II-й слой -нижний слой покрытия
III-й слой -верхний слой основания
IV-й слой -нижний слой основания
Поперечный профиль нежесткой дорожной одежды М 1:100
Примечание: Все размеры на чертеже даны в метрах.
КАФЕДРА АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ
Поперечный профиль нежесткой дорожной одежды
Проектирование нежесткой дорожной одежды
Плотный асфальтобетон из горячей мелкозернистой щебеночной смеси типа А
Пористый асфальтобетон из горячей крупнозернистой щебеночной (гравийной) смеси I марки
Высокопористый асфальтобетон из горячей крупнозернистой щебеночной (гравийной) смеси I марки
Песчаный грунт укрепленный гранулированным шлаком в кол-ве 16-18% в сочетании с 13-15% ПЦ М40 (смесь 4)
Песок средней крупности
Засев трав по плодо-
V-й слой -дополнительный слой основания
I-й слой -слой покрытия
II-й слой -слой основания
Поперечный профиль жесткой дорожной одежды М 1:100
Поперечный профиль жесткой дорожной одежды
Проектирование жесткой дорожной одежды
Цементобетон марки Btb2
III-й слой -дополнительный слой основания

Курсовая.docx

Министерство образования и науки РФ
Северо-Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова
Автодорожный факультет
Кафедра «Автомобильные дороги и аэродромы»
по дисциплине: «Основы проектирования автомобильных дорог»
на тему: «Проектирование нежестких и жестких дорожных одежд капитального типа»
Расчет нежесткой дорожной одежды
Расчет конструкции на прочность
по допускаемому упругому прогибу
по условию сдвигоустойчивости
на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Проверка на морозоустойчивость
Расчет дренажной конструкции
Расчет жесткой дорожной одежды
Проверка расчетом толщины слоя покрытия и основания
Расчет нежесткой дорожной одежды
Требуется запроектировать нежесткую дорожную одежду капитального типа с асфальтобетонным покрытием для дороги I технической категории.
-ми полосное движение I техническая категория капитальный тип покрытия;
Земляное полотно проходит в насыпи 15 м. Уровень грунтовых вод – 050 м. Грунт земляного полотна – супесь пылеватая.
Конструирование дорожной одежды.
- Плотный асфальтобетон из горячей (теплой) мелкозернистой щебеночной смеси типа А I марки.
- Пористый асфальтобетон из горячей (теплой) крупнозернистой щебеночной (гравийной) смеси I марки.
- Высокопористый асфальтобетон из горячей (теплой) крупнозернистой щебеночной (гравийной) смеси I марки.
- Природные песчаные грунты укрепленные гранулированным шлаком в количестве 16-18 % в сочетании с 13-15 % ПЦ М40 (смесь 4); модуль упругости слоя E=650-800 МПа прочность на растяжение при изгибе R0=042-050 МПа;
Предварительно принимаем следующие толщины слоев:
Расчет упруг. прогибу Е МПа
Расчет по условию сдвигоуст. Е МПа
Расчет на растяжение при изгибе
Асфальтобетон плотный на БНД марки 6090
Асфальтобетон пористый на БНД марки 6090
Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 6090
Укрепленные гранулированным шлаком в количестве 16-18 % в сочетании с 13-15% портландцемента М-40 (смесь 4)
I. Расчет конструкции на прочность
)Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы покрытия:
- расчетное число расчетных дней в году соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (70 дней); Кn – коэффициент учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого табл. 4.4 [1] (149);
Тсл – расчетный срок службы (15 лет);
q – показатель изменения интенсивности движения автомобиля данного типа по годам (104);
– коэффициент суммирования:
)Определяем расчетную влажность грунта рабочего слоя:
- среднее многолетнее значение относительной влажности грунта в наиболее неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое з.п.;
- поправка на особенности рельефа территории табл. 2 прил. 1 [1];
- поправка на конструктивные особенности проезжей части или обочин табл. 3 прил. 1 [1];
- коэффициент нормированного отклонения принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности табл. 5.1 [1];
)Определяем расчетные значения параметров слоев и материалов дорожной одежды для расчета:
- по допускаемому упругому прогибу;
- по условию сдвигоустойчивости;
- на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе;
Расчет по допускаемому упругому прогибу проведем послойно начиная с подстилающего грунта по номограмме:
В нашем случае диаметр расчетного отпечатка шины для движущейся нагрузки
Минимальный требуемый модуль упругости определяем по формуле:
- суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды;
с – эмпирический параметр для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 355;
Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу – ( I категория дороги).
Следовательно выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычислим по формуле:
Для определения активного удельного напряжения сдвига от единичной нагрузки предварительно назначенную дорожную конструкцию приведем к двухслойной расчетной модели.
Нижний слой – грунт (суглинок легкий) со следующими характеристиками (при и авт):
Вычисляем модуль упругости верхнего слоя модели:
По формуле (5) имеем:
Предельное активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя определим по формуле:
- глубина расположения поверхности слоя проверяемого на сдвигоустойчивость от верха конструкции см;
- сцепление в грунте земляного полотна (табл. 4 или 6 прил. 1 [1]);
– коэффициент учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.
- для подстилающего дорожную одежду глинистого грунта земляного полотна;
- расчетный угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки град;
- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев расположенных выше проверяемого слоя кгсм3;
Поскольку фактическое значение коэффициента прочности больше требуемого () то условие прочности по сдвигу в грунте выполнено.
Рассчитаем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Приведем конструкцию к двухслойной модели где нижний слой – часть конструкции расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев (включая грунт рабочего слоя).
Модуль упругости нижнего слоя определяем как общий модуль для двухслойной системы:
К верхнему слою модели относятся все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя:
Расчетное растягивающее напряжение:
диаметрах площадки передающей нагрузку.
покрытия конструкции под спаренным баллоном.
Найдем предельное растягивающее напряжение:
R0 – нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе для расчетной низкой весенней температуры при однократном приложении нагрузки принимаемое по табл.8 прил.1 [1] R0=10 МПа;
– коэффициент учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
- то же под воздействием климатических факторов табл. 8.4 [1];
VR – коэффициент вариации VR=01;
Выбранная конструкция отвечает всем критериям прочности.
II. Проверка на морозоустойчивость
Глубина промерзания дорожной конструкции Zпр=20 м;
Поскольку высота насыпи 15 м уровень грунтовых вод 050 м толщина дорожной одежды 06 м расчетное расстояние от УГВ до низа дорожной одежды:
Вычисляем величину пучения для принятой конструкции дорожной одежды:
- величина морозного пучения при осредненных условиях определяемая по рис. 9.4 [1];
– коэффициент учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых вод рис. 9.1 [1];
– коэффициент зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 9.4 [1]);
– коэффициент учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 9.5 [1]);
– коэффициент учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис. 9.2 [1]);
- коэффициент зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 9.16 [1]);
Кугв=07; Купл=099 (д.о. капитального типа); Кпл=10; Кгр=11; Кнагр=092; Квл=119;
Для дорожной одежды капитального типа допустимая величина морозного пучения согласно таблице 4.3 [1] равна 3 см а полученная величина превышает на 2.3 см следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины.
Предварительно определим ориентировочную толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения 3 см. Для этого устанавливаем величину морозного пучения для определенных условий при которой пучение не превышает 3 см:
По номограмме на рис. 9.3 [1] определяем требуемую толщину дорожной одежды hод=95 см. Для обеспечения морозоустойчивости требуется предусмотреть морозозащитный слой толщиной 95-60=35 см.
Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполним расчеты с учетом теплофизических характеристик материалов отдельных слоев.
Коэффициент теплопроводности
Асфальтобетон плотный
Асфальтобетон пористый
Асфальтобетон высокопористый
Песочный грунт укрепленный гранулированным шлаком и ПЦ
Песок средней крупности
Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом затем в мерзлом состоянии в расчет вводится среднеарифметическое коэффициентов теплопроводности:
Спуч=135 (грунт сильнопучинистый).
Вычисляем отношение:
Приведенное термическое сопротивление:
Код=095 при сроке службы 15 лет; Кувл=04; =10;
Уточненный расчет показал что необходимости устройства морозозащитного слоя нет.
III. Расчет дренажной конструкции
В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:
- на осушение с периодом запаздывания отвода воды;
По первому варианту (на осушение) полную толщину дренирующего слоя определяют:
- толщина слоя полностью насыщенного водой м;
– дополнительная толщина слоя зависящая от капиллярных свойств материала равная для песков средней крупности 014-015 м.
Для дренирующего слоя работающего по принципу осушения величину устанавливают с помощью номограмм (рис. 10.1 и 10.2 [1]) в зависимости от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды qp в дренирующий слой на 1 м2 который определяют по формуле:
- осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды отнесенное к 1 м2 проезжей части (табл. 10.3 [1]);
– коэф. «пик» учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 10.4 [1]);
– коэф. гидрологического запаса учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 10.4 [1]);
- коэф. учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона определяемый при одинаковом направлении участком профиля у перелома по номограмме (рис. 10.3 [1]);
– коэф. учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулировании водно-теплового режима (табл. 10.5 [1]);
По второму варианту (на осушение с периодом запаздывания отвода воды) полную толщину дренирующего слоя достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды определяем по формуле:
- средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств принимая равной 8 сут.
- коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 10.6 [1]);
По третьему варианту (на поглощение) полная толщина дренирующего слоя определяется по формуле:
Из расчетов на морозоустойчивость и на дренирующий слой приходим к выводу что их общая толщина равна 23 см.
Расчет жесткой дорожной одежды
Требуется запроектировать жесткую дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании.
Материал покрытия – плотный асфальтобетон из горячей (теплой) мелкозернистой щебеночной смеси типа А I марки.
Материал основания – цементобетон класса Btb28 (Ptb35).
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
) Требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 3.1 [4]:
- уровень надежности 095;
- коэффициент прочности Кпр = 100;
) Модуль упругости грунта по табл. П.2.5 [2] для супеси Еп = 444 МПа.
) Характеристики сопротивления сдвигу супесчаного слоя:
интенсивность движения в первый год эксплуатации:
)Модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе:
бетона по табл. П.1.1 [4]:
для бетона класса Btb28 - Ptb = 35 Е = 28000 МПа;
для аб - Еa = 4500 МПа; = 19 см; Ro = 28 МПа.
Назначение конструкции дорожной одежды
Согласно табл. 2.3. [4] для интенсивности 14000 ед.сут назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
покрытие - асфальтобетон на основе БНД 6090; Еа = 4500 МПа; = 186 =19 см;
основание - цементобетон класса В Ецб = 28000 МПа; hцб = 256 = 26 см.
Длину плит назначаем равной 15 м; продольный шов не устраиваем; поперечные швы устраиваем без штырей.
Проверка расчетом толщины слоя покрытия и основания
Определяем эквивалентную толщину слоя:
где h - толщина нижнего слоя из цементобетона;
- толщина верхнего слоя из асфальтобетона;
Еа - расчетный эквивалентный модуль упругости;
Рассчитываем упругую характеристику:
Е и - модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона определяемые по обязательному приложению 1 [4];
- коэффициент Пуассона основания;
- эквивалентный модуль упругости основания.
Эквивалентный модуль упругости основания как многослойной конструкции определяется путем последовательного приведения слоистой системы к двухслойной по формуле:
- общий модуль полупространства подстилающего
- модуль упругости материала
D - диаметр отпечатка колеса или площадки силового контактирования верхнего слоя с нижележащим; принимается D = 50 см.
Определяем напряжение возникающее от нагрузки при Км = 1:
где Q - расчетная нагрузка кН;
Км - коэффициент учитывающий влияние места расположения нагрузки; для неармированных покрытий Км = 15; для покрытий с краевым армированием или площадок с расположением полос наката не ближе чем 08 м от внешнего продольного края покрытия - Км = 10 для продольного направления и Км = 15 для поперечного;
Кусл - коэффициент учитывающий условия работы; Кусл = 066;
Кшт - коэффициент учитывающий влияние штыревых соединений на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей Кшт = 1 при отсутствии штырей Кшт = 105;
Кt - коэффициент учитывающий влияние температурного коробления плит определяемый по табл. 3.4 [4].
R - радиус отпечатка колеса;
рш - давление в шинах принимаемое равным 06 МПа;
Aп - перепад температуры в течение суток на поверхности асфальтобетонного покрытия °С определяемый в зависимости от района строительства по обязательному приложению 4 [4];
- угловая частота суточных колебаний температуры рад.ч; = 026 рад.ч;
- коэффициенты температуропроводности соответственно асфальтобетона и цементобетона; = 0002 м2ч; = 0004 м2ч.
Вычисляем напряжения от перепада температуры по толщине нижнего слоя:
Вычисляем коэффициент усталости:
где Вtb - класс бетона на растяжение при изгибе;
Кн.п - коэффициент набора прочности со временем; для бетона естественного твердения для районов с умеренным климатом Kн.п. = 12; для условий сухого и жаркого климата Кн.п = 10; для пропаренного - Кн.п = 1;
Условие прочности для нижнего слоя выполнено.
Проверка расчетом толщины асфальтобетонного покрытия
По рис. П.4.1 [4] для Nр = 14000 ед.сут находим: Куа = 174.
Вычисляем расчетную нагрузку:
Q = Qк×Kд = 50×13 = 65 кН.
По табл. П.4.13 [4] для песчаного асфальтобетона находим: Са = 015 МПа.
где Rd - сопротивление асфальтобетона на растяжение при изгибе (см. обязательное приложение 4);
Куа - коэффициент усталости (учитывающий многократное приложение нагрузки в течение суток);
- коэффициент Пуассона для асфальтобетона;
- сцепление между слоем асфальтобетона и цементобетона не превышающее сцепление внутри слоя асфальтобетона (допускаемое напряжение по сдвигу). При отсутствии гарантированного сцепления принимается = 0.
Условие прочности для покрытия дорожной одежды выполняется.
Если условия выполняются то соответственно толщины слоев:
Расчет морозозащитных слоев основания проводят в соответствии с положениями ОДН 218.046-01 по проектированию нежестких дорожных одежд.
Проектирование устройств по осушению дорожных одежд и земляного полотна включая расчет дренирующего слоя проводят также согласно ОДН 218.046-01.
В ходе курсового проекта были получены и закреплены теоретические навыки по проектированию нежестких и жестких дорожных одежд а также навыки расчетов условий прочности морозозащитного слоя и дренажа.
В результате получили:
- для нежесткой дорожной одежды толщины слоев составляют:
- плотный асфальтобетон – 6 см;
- пористый асфальтобетон – 10 см;
- высокопористый асфальтобетон – 20 см;
- песок укрепленный шлаком с ПЦ – 24 см;
- дополнительный слой – 23 см.
- для жесткой дорожной одежды толщины слоев составляют:
- асфальтобетон плотный – 19 см;
- цементобетон марки Btb28 – 26 см;
Конструирование и расчет дорожных одежд О.П. Афиногенов В.Н. Ефименко С.В. Ефименко – Кемерово: Кузбассвуиздат 2008. – 156-216 с;
ОДН 218.046 -1 «Проектирование нежестких дорожных одежд»;
СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги»;
Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91);