Курсач. КР каратаева мой самый правильный. 1. Задание для проектирования
![]()
|
Содержание.
![]() Введение. Дорожная одежда является одним из важнейших составных элементов автомобильной дороги. Затраты на ее устройство в ряде случаев достигают 60…70 % от общей стоимости строительства, а состояние дорожной одежды в значительной степени влияет на скорость и безопасность движения. Современная дорожная одежда представляет собой сложную инженерную конструкцию, состоящую из последовательно уложенных слоев дорожно-строительных материалов, обладающих различными физико-механическими свойствами. Эти свойства должны быть тщательно учтены для того, чтобы дорожная одежда могла удовлетворять всем предъявляемым к ней требованиям и обеспечивать движение транспортных средств в любое время года с расчетной скоростью без возникновения аварийных ситуаций и снижения удобства движения. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ Кировская область Рельеф области — Ростовская область расположена в южной части Восточно-Европейской равнины, немного захватывает район Северного Кавказа. Находится в речном бассейне Нижнего Дона. Максимальные высоты рельефа варьируются на отметке 250 метров над уровнем моря. В основном вся местность представлена равнинами, только с севера немного захватывается Среднерусская возвышенность, а на западе — восточная часть Донецкого кряжа. Рельеф области — равнинный, преимущественная природная зона — степь, лесов мало — ими покрыто только 5,6 процентов земельного фонда, в то время как большая часть области занята сельхозугодьями, преимущественно на высокоплодородных чернозёмах.. С центром России, соседними республиками и областями Ростовская область связана автомобильными дорогами с твердым покрытием. Протяженность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием составляет 9690 км. Климат Ростовской области в целом характеризуется избытком солнечной радиации при недостатке влаги. Регион в целом расположен в зоне умеренно континентального климата, но в Приазовье он также обнаруживает черты морского, особенно в зимний период. В северо-восточной части более выражена континентальность. Преобладают ветра восточного и западного направления. Основным богатством Ростовской области являются плодородные земли — чернозёмы. Обыкновенные чернозёмы (26%) характерны для Приазовья и их плодородие оценивается в 60-90 баллов по 100 бальной шкале. Наибольшее распространение в области получили южные чернозёмы (32%). Основными видами экономической деятельности Ростовской области являются обрабатывающие производства, оптовая и розничная торговля, сельское хозяйство, транспорт и связь. Важнейшими отраслями специализации, определяющими место области в экономике России, выступают отрасли агропромышленного комплекса, черная металлургия, транспортное и сельскохозяйственное машиностроение, легкая промышленность и торговля. В области сложилась многоотраслевая структура промышленного производства, имеющая «не сырьевую» направленность: добыча полезных ископаемых составляет менее 0,3% в объеме промышленной продукции области, осуществляется добыча торфа, нефти (в малых объемах) и нерудных строительных материалов. 1. Задание для проектирования. Требуется запроектировать дорожную одежду на автомобильной дороге в Ростовской области- III дорожно-климатическая зона. Исходные данные для определения категории дороги: Грузонапряженность – 1780 тыс.т.км/км. Пассажиронапряженность для: легковых автомобилей – 1540 тыс.пасс.км/км; автобусов – 670 тыс.пасс.км/км. Состав движения для грузовых автомобилей: 2 т - 22%; 4 т - 18%; 6 т – 20%; 8 т – 20%; 10 т – 20%. Коэффициент использования грузоподъемности, у: для грузовых автомобилей - 0,74, для легковых - 0,76, для автобусов - 0,75. Коэффициент использования пробега β: для грузовых автомобилей - 0,71, для легковых - 0,75, для автобусов - 0,81. Рост интенсивности движения р% = 2,39%. Исходные данные для расчета дорожной одежды: Заданный уровень надежности Кн =0,95. Срок службы дорожной одежды Тсл - 15 лет. Грунт земляного полотна – песок однородный. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 2. Дополнительные условия - расчет выполнен для насыпи высотой 1,5 м при глубине залегания грунтовых вод 1,0 м от дневной поверхности. 2. Определение технической категории дороги. 2.1. В соответствии с данными о составе движения рассчитаем среднюю грузоподъемность грузовых автомобилей по формуле (5.4): qср = 2*0,22+4*0,18+6*0,2+8*0,2+10*0,2=5,96 т. 2.2. Определяем интенсивность движения на первый год эксплуатацию дороги по формуле (5.3): Nгр = 1780000*1,2*1,6/(365*6,12*0,74*0,71) = 2988 ед/сут; Nл = 1540000*1,2*1/(365*4*0,76*0,75) = 2220 ед/сут; Nавт = 670000*1,2*2,5/(365*35*0,5*0,81) = 260 ед/сут. Тогда суммарная интенсивность движения на первый год эксплуатации, рассчитанная по формуле (5.2), составит: N0 = Nгр + Nл + Nавт = 2988 + 2220 + 260 = 5468 ед/сут. 2.3. Перспективную интенсивность движения на 20-й год эксплуатации рассчитаем по формуле (5.1); N20 = 3718*(1 + 0,0239)20 = 8679 ед /сут. следовательно, согласно СП 34.13330.2021 дорога относится ко II категории. Согласно принятой классификации, запроектируем для данной дороги нежесткую дорожную одежду с капитальным усовершенствованным покрытием. 3. Установление расчетной нагрузки и интенсивности движения. 3.1. Для автомобильной дороги II категории примем параметры расчетной нагрузки в соответствии с данными табл. 4.1 и рекомендациями ГОСТ P52748-2007: - нормативная статическая нагрузка на ось 115 кН, - нормативная статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса Qрасч – 57,5 кН. - удельное давление колеса на покрытие р =0,6 МПа, - расчетный диаметр следа движущегося колеса Dд = 40 см, - расчетный диаметр следа неподвижного колеса Dн = 35 см. 3.2. Определим интенсивность движения грузовых автомобилей и автобусов по автомобильной дороге на 15-й год эксплуатации (в соответствии с за данным сроком службы) по формуле (5.1): N15 гр = 2988*(1+0,0239)15 = 4258 ед/сут; N15 авт = 260*(1+0,0239)15 = 370 ед/сут. 3.3. Определим приведенную к расчетной интенсивность воздействия на- грузки Nр на последний год срока службы по формуле (4.2): ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3.4. Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности дорожной конструкции за срок службы рассчитаем по формуле (4. 8). Для расчетов примем: - число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции для Кировской области Тгдр -145 (см. рис.4.2, табл 4.6); - q - показатель изменения интенсивности движения по годам по формуле (4.9). q=1+0,0239=1,0239; - расчетный срок службы дорожной одежды по заданию Тсл - 15 лет; - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, в соответствии с табл.4.7 k,=1.49; - Кс - коэффициент суммирования, вычислим по формуле (4.10): ![]() Тогда по формуле (4.8) ![]() 4. Определение величины минимального требуемого модуля упругости конструкции дорожной одежды. Величина требуемого модуля упругости дорожной одежды определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() Требуемый модуль упругости сравнивается с минимально допустимым согласно ОДН 218.046-01, таблица 3.4 и к расчёту принимается большее значение. ![]() К расчёту принимаем ![]() 5. Определение требуемого уровня надёжности и коэффициента прочности. Дорожная одежда проектируется с учётом требуемого уровня проектной надёжности. В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используется предельный коэффициент разрушения Крпр , значение которого зависит от технической категории дороги и типа дорожной одежды. Значения Крпр при коэффициенте надёжности Кн = 0.95 на последний год срока службы дорожной одежды примем Крпр = 0.1. Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности Кпр , который имеет разную величину для расчета дорожных одежд по каждому из критериев [2, таблица 3.1]: по упругому прогибу Кпр = 1.17 по сдвигу и на растяжение при изгибе Кпр = 1.0 . 6. Конструирование дорожной одежды. К расчёту примем следующую конструкцию капитальной дорожной одежды: - 1 слой покрытия – горячий, высокоплотный мелкозернистый асфальтобетон типа А, марки II, на битуме марки БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии, h1=4см - 2 слой покрытия - горячий, плотный пористый крупнозернистый асфальтобетон типа Б, марки II, на битуме БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии, h2=6см; - 3 слой покрытия - черный щебень, уложенный по способу заклинки, h3 = 8 см - основание: чёрный щебень марки М600, уложенный по способу заклинки, h4 = 20 см, - дополнительный слой основания – песок среднезернистый, h6 = 33 см; - грунт земляного полотна – песок однородный. 7. Определение расчётных характеристик материалов конструктивных слоёв и грунта рабочего слоя. Расчётная влажность грунта Wp определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Wp = (0.55 + 0 – 0.02)∙(1 + 0.1*1.71) – 0.001 = 0,6. Все необходимые характеристики определяем по [3, табл. 6.1, табл. 6.2, табл. 6.5, табл. 6.15, табл. 6.16, табл. 6.17] и результаты занесём в таблицу 5.5.1. Таблица 7.5.1
8. Расчёт дорожной одежды. 8.1. Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу. При расчёте дорожной одежды по упругому прогибу определяется общий модуль упругости всей конструкции по формуле ![]() Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой, приведённой на рис. 1. ![]() Рис. 1. Схема расчёта дорожной одежды по упругому прогибу. Находим отношение h1/Dд = 4/37 = 0.11 и Еоб/Е1 = 338/3200 = 0.11, по номограмме [2, рис. 3.1] определяем отношение Е'об/Е1 = 0.09, отсюда Е'об=3200∙0.09 = 288 МПа. Определяем отношение h2/Dд = 6/37 = 0.16 и Е'об/Е2 = 288/3200=0.09, по номограмме [2, рис. 3.1] определяем отношение Е''об/Е2 = 0.065, отсюда Е''об=3200∙0.065 = 208 МПа. Определяем отношение h3/Dд = 8/37 = 0.22 и Е''об/Е3 = 208/900=0.23, по номограмме [2, рис. 3.1] определяем отношение Е'''об/Е3 = 0.18, отсюда Е'''об=900∙0.18 = 162 МПа. Определяем отношение h4/Dд = 20/37 = 0.4 и Е''об/Е4 = 162/450=0.36, по номограмме [2, рис. 3.1] определяем отношение Е''''об/Е4 = 0.2, отсюда Е''''об = 450∙0.2 = 90 МПа. Для определения толщины третьего слоя сначала находится Е'''об. Для этого определим отношение Егр/Е5 = 75/120 = 0.62 и h4/Dд = 33/37 =0.87, по номограмме находим отношение ЕIV об/ Е4 = 0.12, отсюда ЕIV об = 900 ∙ 0.12 = 108 МПа. hд.о. = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 4+6 + 8 +20 +33 = 71 см. 8.2. Расчёт дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна. Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой на рис. 2 ![]() Рис. 2. Схема расчёта дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна. 1. Вычислим модуль упругости верхнего слоя модели по формуле ![]() где n – число слоёв дорожной одежды; Еi – модуль упругости i-го слоя; hi - толщина i-го слоя. ![]() 2. Определим отношение Еср/Егр = 636/75 = 8,48 и Σh/Dд = 58/37 = 1,57 и по номограмме [2,рис.3.2] для φ=28° находим удельное напряжение сдвига τн =0.0125. Активное напряжение сдвига определяется по формуле Т = τн ∙ р = Т = τн ∙ р = 0.0125 ∙ 0.6 = 0.0075 МПа. (5.6.2.2) 3. Предельное допустимое активное напряжение сдвига Тпр определяется по формуле Тпр = Кд(СN + 0.1γср ∙ zon ∙ tg φст), (5.6.2.3) где СN – сцепление в грунте земляного полотна или промежуточном песчаном слое; Кд – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, при проверке сдвигоустойчивости в подстилающем дорожную одежду грунте земляного полотна Кд = 1.0 [2]; zon – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость от верха конструкции; γср – средний удельный вес конструктивных слоёв, расположенных выше проверяемого слоя, (примем в среднем 0.002 кг/см³); φст – расчётная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град. Тпр = 1.0(0.003 + 0.1 ∙ 0.002 ∙ 71 ∙ tg30) = 0.01 Мпа. Найдём отношение Тпр / Т = 0.01/0.0075 = 1,3 > Кпр = 1.0. Устойчивость в грунте земляного полотна обеспечена. 8.3. Расчёт дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое. Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой на рис. 3. ![]() Рис. 3. Схема расчёта дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое. 1. Определим толщину верхнего слоя Σh = 4 + 6+8 + 20 = 38 см. Определяем модуль упругости верхнего слоя по формуле (5.6.3.1): ![]() 3. Вычислим отношение Еср/Е'''об = 900/90 =10и Σh/Dд = 38/37 = 1,02 по номограмме [2, рис. 3.2] для φ = 28° находим удельное напряжение сдвига τн=0.027 4. Полное активное напряжение сдвигу по формуле (5.6.3.2) равно: Т = 0.027 ∙ 0.6 = 0,016 МПа. Определяем полное активное напряжение сдвига Тпр по формуле (5.6.3.3), при СN = 0.003; Кд = 3 (для мелкозернистых песков); zon = 49 см и φст = 31°. Тпр = 4 (0.003 + 0.1 ∙ 0.002 ∙ 38 ∙ 0,53) = 0.028 МПа. 6. Найдём отношение Тпр / Т = 0.028/0.016 =1,75, что больше Кпр = 1.0; следовательно, условие сдвигоустойчивости в песчаном слое выполнено. 8.4. Расчёт слоёв асфальтобетона на растяжение при изгибе. Расчёт ведём в соответствии с расчётной схемой на рис. 4. ![]() ![]() Рис. 4. Схема расчёта слоёв асфальтобетона на растяжение при изгибе. 1. Определяем модуль упругости слоев асфальтобетона по формуле ![]() 2. Найдём отношение модуля упругости асфальтобетонного слоя к общему модулю упругости нижележащих слоёв Еср/Е'об = 5100/208 = 24,52 и отношение h1/Dд =10/37 = 0,27 по номограмме [2, рис. 3.4] определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки ![]() 3. Находим полное растягивающее напряжение по формуле σr = ![]() где ![]() σr = 3,05 ∙ 0.6 ∙ 0.85 = 1,55 МПа. 4. Определяем предельное растягивающее напряжение по формуле RN = R0∙ k1∙ k2∙ (1 – νR∙ t), (5.6.4.3) где R0 – нормативное предельное сопротивление растяжению при изгибе (табл. 6.1); k1 – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки; k2 - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно- климатических факторов [2, таблица 3.6]; νR – коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе, νR = 0.1; t – коэффициент нормативного отклонения, принимаемый в зависимости от уровня надёжности ( для Кн = 0.95 принимается 1.71). Коэффициент k1 определяется по формуле ![]() где ΣNp – суммарное число приложений расчётной нагрузки за срок службы покрытия; m – показатель степени, зависящий от свойств материала слоя (табл. 6.1); α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой (табл. 6.1). ![]() Тогда RN = 9,8 ∙ 0.46 ∙ 0.95(1 – 0.1 ∙ 1.71) = 3,5 МПа. 5. Вычисляем отношение RN/ σr = 3,55/1,55 = 2,26 > Кн = 1.0. Условие на сопротивление слоя асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения при изгибе выполняется. 9. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость. Конструкция считается морозоустойчивой, если выполняется условие lпуч ≤ lдоп, (5.7.1) где lпуч – расчётное пучение грунта земляного полотна, lдоп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, по данным [2, табл. 4.3] lдоп = 4см. Глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формуле zпр = zпр.ср ∙ 1.38 = 1 ∙ 1.38 = 1.38 м, (5.7.2) где zпр.ср – средняя глубина промерзания [2, рис. 4.4]. Определяем величину морозного пучения грунта земляного полотна lпуч по формуле lпуч = ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() lпуч = 4∙ 0,5 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1 = 2,2 см <lдоп = 4см. Морозоустойчивость дорожной одежды обеспечена. Библиографический список. Проектирование нежестких дорожных одежд: учеб. пособие / И.А. Гладышева ( и др.); под общ. ред. Т.В. Самодуровой; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2010. – 156 с. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23 - 01 - 99*. - М.: Министерство регионального развития РФ, 2012. СП 34.13330.2021. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02 - 85*. - М.: Министерство регионального развития РФ, 2013. ГОСТ Р 52399-2005. Геометрические элементы автомобильных дорог [Текст]. – Введ. 2006-05-01. – М.: Стандартинформ, 2006 – 7 с. ГOСТ Р 52398-2005. Классификация автoмoбильных дoрoг. Oснoвные параметры и требoвания. – М.: Федеральнoе агентствo пo техническoму регулирoванию и метрoлoгии, 2012. – 10c. СНиП 1.04.03-85. Нoрмы прoдoлжения стрoительства и задела в стрoительстве предприятий, зданий и сooружений – М: Срoйиздат, 1987 г. – 522 с. Подольский, Владислав Петрович. Технология и организация строительства автомобильных дорог [Текст] : земляное полотно : учебник : для студентов вузов, обучающихся по специальности "Автомобильные дороги и аэродромы" и направления подготовки "Транспортное строительство" / В. П. Подольский, А. В. Глагольев, П. И. Поспелов ; под ред. В. П. Подольского. - Москва : Академия, 2011. - 428, [1] с. : ил.; 22 см. - (Высшее профессиональное образование. Транспортное строительство).; ISBN 978-5-7695-6748-3 |