Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
Ключевые слова пластическая деформация, асфальтобетон, дорожное покрытие. Н аблюдаемая в РФ интенсивная автомобилизация привела к тому, что возросли нагрузки на асфальтобетонные дорожные покрытия, увеличению интенсивности движения и повышению доли тяжелых грузовых автомобилей в составе транспортного потока. В связи с этим фактические межремонтные сроки стали существенно меньше сроков службы, на которые запроектирована дорожная конструкция. Поэтому в настоящее время особую остроту приобрела проблема разработки новых методов расчета дорожных конструкций, важнейшим элементом которых является асфальтобетонное покрытие. Среди таких методов выделим способы расчета асфальтобетонных покрытий и оснований по сопротивлению сдвигу [1, 2]. В основе таких методов применяют условия пластичности, учитывающие эффект, накапливания асфальтобетоном повреждений [3, 4], атак же грунтовые критерии, которые себя хорошо зарекомендовали при расчете земляного полотна по сопротивлению сдвигу [5–9]. Также отметим, что предпринимаются попытки разработки методов расчета дорожных конструкций по критерию накапливания пластических деформаций, которые обуславливают глубину неровности [10]. Проблема этих методов состоит в том, что они разработаны для дискретных материалов [11–15], и поэтому не могут быть применены к асфальтобетонам без тщательного экспериментального обоснования с определением коэффициентов математических моделей. Учитывая эту проблему автор предложил выполнять расчет пластических деформаций, накапливаемых асфальтобетоном по формуле [16]: (где К дин — динамический коэффициент р — давление от колеса на покрытие, МПа m аб — коэффициент Пуассона асфальтобетона N — число приложенных нагрузок Е паб — продольный модуль, характеризующий величину пластической деформации (модуль пластичности, МПа h — толщина слоям Ев и Е осн — модули упругости соответственно асфальтобетона в рассчитываемом слое и подстилающего слоистого полупространства, МПа D — диаметр отпечатка шины расчетного автомобиля, м. Для применения формулы (1) необходимо определить зависимость модуля пластичности от величины напряжения, температуры асфальтобетона, марки битума и др. факторов. Поэтому задачей настоящей публикации является разработка методики лабораторных испытаний и определение функциональной зависимости, заданной таблично для последующего математического моделирования, модуля пластичности асфальтобетона от перечисленных факторов. Для испытаний нами были изготовлены цилиндрические образцы асфальтобетонов из расчета, чтобы одна группа образцов, имеющая одинаковые составы, остаточную пористость и температуру при испытании, насчитывала 10 об Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. разцов. Каждый образец изготавливался в стальной форме при помощи уплотнения гидравлическим прессом, что соответствует требованиям ГОСТ Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях посредством испытания образцов на разрывной машине РГД-5. Нагрузка на образец передавалось через жёсткий круглый штамп диаметром 10 см, на который оказывалось силовое воздействие со стороны нагрузочного механизма. Нагрузка прикладывалась ступенями с шагом 19,62 Н. Поверх штампа строго по центру устанавливался штамп диаметром 2 см снабженный двумя заплечиками, на которые устанавливались измерительные стержни индикаторов часового типа марки ИЧ-100. В результате испытаний установлено, что математическая модель модуля пластичности асфальтобетона может быть дана экспоненциальной функцией вида: Т b ехр а Е пм пм паб (где а пм и b пм — коэффициенты, зависящие от содержания щебня в асфальтобетоне и его остаточной пористости, МПа, и °C -1 соответственно. Значения постоянных коэффициентов представлено в таблице Таблица Значения коэффициентов а пм и b пм при температуре асфальтобетона 40 о Си давлении на образец 0,6 МПа Содержание щебня,% Остаточная пористость,% Значения коэффициентов а пм b пм 60 5 24080,664098 -0,079162 4 28134,654341 -0,079072 3 35458,725911 -0,079826 50 5 21980,603940 -0,079151 4 25495,271107 -0,078854 3 32682,543694 -0,080250 40 5 21637,219306 -0,080149 4 24474,732481 -0,079118 3 31451,931973 -0,080715 30 5 20359,36221 -0,07945 4 23636,445232 -0,079200 Аналогичные данным табл. 1 результаты испытаний, получены при давлениях на образец 0,4; 0,8 и 1 МПа и температуре асфальтобетона 10; 20; 30 и 50 о С, что впоследствии позволит разработать четырех факторную математическую модель модуля пластичности асфальтобетона. Литература: 1. 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. 2. Новиков, А. Ю. Учет поврежденности монолитных и дискретных материалов при проектировании дорожных конструкций // Молодой ученый. — 2016. — № 8. — с. 265–270. 3. Александрова, Н. П, Александров АС, Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии с. 47–54. 4. Александрова, Н. П, Александров АС, 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. 5. Александров, АС, 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 Си- бАДИ, 2013. — с. 228–235. 6. Александров, АС, 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. 257 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May 2016 7. Александров, АС, 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. 8. 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. 9. Долгих, Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — с. 43–49. 10. 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. 11. Александров, АС. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок монография. — Омск СибАДИ, 2014. — 152 с. Семенова, Т. В, Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобиль- но-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — с. 68–73. 13. Александров, АС, Киселева НЮ. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — с. 49–59. 14. Семенова, Т. В, Гордеева С. А, Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета с. 247–254. 15. Александров, АС. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси привоз- действии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — с. 22–34. 16. Кузин, Н. В. Учет упруговязкопластических свойств асфальтобетонных покрытий и оснований при проектировании дорожных одежд / Автореф. канд. техн. наук. — Омск СибАДИ, 2008. — 19 с of materials and technologies used in foundation construction of historical buildings in St. Petersburg Lanko Aleksandr, student St. Petersburg state Polytechnic University Peter the Great The article made an analysis of materials and technologies used in the construction of foundations of historical buildings in St. Petersburg. Described in detail the characteristics of the materials that were used in different years, the construction of the city. Special attention is paid to the rubble Foundation. Shows the process works: trenching, laying of wooden sleepers, laying of the Foundation body. The main types of foundations, their classification. Also made a brief analysis of the possible causes of failure of foundations. Keywords: rubble stone, wooden beams, Foundation, masonry, brickwork, destruction of the Foundation. The materials The volume of the pre-revolution housing of St. Peters- burg is variously estimated from 15 to 20 million m2. Most of these buildings are located in the Admiralteisky, Vasileos- trovsky, Petrogradsky and Central districts of St. Petersburg, so-called «Central security area» of the city. The foundations of such houses are mostly rubble, made from local stone materials, often with the presence of wooden elements — beams, raft foundations, piles [1]. As stone materials were used in the early years of the building of Saint Petersburg rounded rocks (boulders of ig- neous or metamorphic rocks), in later periods non rounded rock fragments (platy stone from limestone, dolomite, sand- stone). Sometimes doing the whole foundation of burnt brick. The most widely rubble Foundation, which as a building ma- terial are mainly used in the platy limestone [2,3]. The foun- dations were carried out, as a rule, in the trenches that dig up without attachment, with vertical walls. The walls were mainly in lime mortar, all the gaps between the stones smashed the stones smaller sized. Used mainly technology or masonry «under the Bay», where rubble cushion layer- by-layer shed solution, or «under the blade» in which the coarse-grained material was placed by analogy with ma- sonry [4]. The wooden elements in the foundations of his- toric buildings in the form of beams made of logs, with a di- ameter of 27–33 cm, stacked in the bottom of the trench or piles no longer than 6–9 m hammered in the ground from the bottom of the trenches, were used in the presence of weak soil and high groundwater level. Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г absolute majority of historical buildings were built on a strip of rubble foundations under the load-bearing and self-bearing external and internal brick walls, foundations and interior walls are often laid at lesser depth, subject to the heating [5]. To protect the Foundation from washout, some- times on both sides of each ribbon Foundation scored a short pile. According to S. N. Sotnikov [6] size of the base is deter- mined by rules of thumb, later — on calculations using the permissible pressure on the ground. The depth of the foun- dations was appointed by freezing, most often it ranged from 1.5 to 2.5 m. the Foundations were deep to the «mainland» (Sands, sandy loam, clay belt), slotting bulk soils and peat. The edges of the Foundation was arranged at the level of the planning point. The shotgun performed waterproofing layer from a mixture of lime, crushed brick and iron filings, which covered the top of the rubble to see 3–4 Sometimes as a waterproofing used: elm, lead, burnt bricks, sawn slab of limestone, calcareous clay or clay solutions. On top of the rubble Foundation are usually kept within alignment layer, which served as a preparation for brick or white stone walls. Defects of foundations In the present state of rubble masonry foundations of his- toric buildings have a high voidness (voidness of the masonry may reach 30%) [7]. One of the reasons may be poor con- struction work. As a result, the filtration of surface waters in the cavities and crevices of the backing of foundations leads to completing their the surrounding soil due to the cryogenic freezing is experiencing stress and the subsequent develop- ment of defects in the body of rubble Foundation. Another reason for the presence of defects in the rubble of limestone is ground water, which is highly sensitive to changes in natural and technical situations. Water is the main agent environment, destroying the rubble, from the re- gime and the properties of which largely depends on the ac- tivity of the destructive processes [8]. For this reason, the ar- tificial lowering of groundwater is a very dangerous [9]. Classification The rubble foundations of the buildings, with their indi- vidual design features (materials, designs and sizes), classi- fied on three criteria: the cross-sectional shape; by material; by the presence of wood [10]. Referring to section 5 of the allocated types: right angle; speed; combo; solid plate. The foundations of all types had the projection at the level of the edge width to 10 cm and the number of ledges with a width of 10–20 cm in height limits (the foundations in the form of a plate and trapezoidal ledges had not).The material selected foundations: rubble, brick, combo (boulders — brick — booth). Boulders (whole or chipped) are found only in the lower ranks of masonry. In some cases, meet hewn granite and calcareous plates. Solution of foundations of all types — calcareous. The tree is found in the lower body foundations in the form of beams, raft foundations, piles, located neu- rona of groundwater. The metal elements of masonry foun- dations rarely includes.The width of the base is only slightly greater than the thickness of the walls, in most cases it is only 1.0 to 1.5 m. the Actual pressure on the sole of foundations sometimes 2–3 times more than the design resistance of the Foundation soil, as defined by modern standards. According to S. I. Sotnikov [11] main material was crushed stone, mainly limestone, the foundations of this type are found in approximately 90% of cases. Brick foun- dations are relatively rare (up to 1% of cases), combo de- tail: fit-bathroom up to 9%. Pile foundations are used only in those homes that are located in the area of distribution of peat (9%), but not under all houses, but only about 50% of these cases. Wooden sleepers are much more likely — about 20% of all cases. Schemes of foundations of historical build- ings is shown in Fig. 1.1. In St. Petersburg the main material of foundations of his- torical buildings of XVIII–XIX centuries was torn platy lime- stone, which was conveniently stacked. Platy laying the stone was performed on lime, lime-cement, cement, cement-sand mortar. Thus, in the construction of foundations of historical buildings occupied an important place in limestone, lying in many parts of Russia and produced in the form of a booth, and saw the hearth stone. One of the main consumers of natural stone in con- struction during the XVIII–XIX centuries it was St. Peters- burg [12]. In the early days of development of St. Petersburg a stone was understood as the bricks for construction of build- ings and as a booth for their foundations. This means that the first and most important material in the creation of the new city was platy limestone from the local quarries. Construc- tion limestone strata, a layered structure which is well seen in the coast cliffs, were formed in the Ordovician period of the Paleozoic era 435–500 million years ago. According to the structure and composition of this thin or fine-grained calcite or dolomite calcite limestone with an admixture of clay ma- terial. The layers of limestone separated by easily collapsing clay layers of different thickness, corroded ancient moves un- derwater Ordovician worms, broken natural healed cracks is also of Ordovician age. For this reason, the different layers have a natural color, strength and differ greatly their con- struction qualities. Manufactories From a large number known in the XVIII–XIX centuries the quarries that supplied Petersburg construction stone, limestone was used only a few breakings. Among the lime- stones, the most common were the Putilov, the Volkhov, Pudozh and Tosno. They did not possess decorative quali- ties and therefore, in St. Petersburg, served mainly as a con- structive material. 259 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May 2016 Limestones usually contain impurities in the form of sand, clay materials, compounds of iron, carbonate of magnesium and various other minerals. Depending on the content of im- purities in the limestone have different natural colors: grey, bluish grey (due to impurities clay mineral glauconite), spot- ted-rusty (because of impurities in natural hydroxides of li- monite etc.), mottled-reddish (due to impurities of iron oxide mineral hematite). The greatest value of the impurities in the limestone, are clay and magnesium carbonate [13]. Conclusions The main material used in pre-revolutionary years for the construction of foundations in St. Petersburg was rubble stone. The depth was from 1.5 to 2.5 meters. Sole width slightly exceeding the width of the walls and ranged from 1 to 1.5 meters. The main reason for the destruction of the foun- dations is the fluctuation of groundwater. References: 1. Alekseev, G. V. Osobennosti deformirovanija butovyh fundamentov i osnovanij pamjatnikov arhitektury [Features of deformation of rubble Foundation and bases of monuments] Moskow. gos. arhitektur. — stroit, un-t. — M., 2003. —130 p. 2. Bulah, A. G. Jekspertiza kamnja v pamjatnikah arhitektury: Osnovy, metody, primery [Examination of stone in monuments of architecture: Foundations, methods, examples] / A. G. Bulah, D. Ju. Vlasov, A. A. Zolotarev i dr. — SPb: Nauka, 2005. —198 p. 3. Kolmogorova S. S. Klassifikacija tipov butovyh fundamentov istoricheskih zdanij Sankt-Peterburga [The classification of the types of rubble foundations of the historical buildings of St. Petersburg] / S. S. Kolmogorova // Materialy mezhvuzovskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh. — SPb: PGUPS, 2004. —52 p. 4. Kolmogorova, S. S. Ocenka harakteristik butovoj kladki fundamenta [Evaluation of characteristics of rubble Foundation] / S. S. Kolmogorova // Aktual’nye problemy sovremennogo stroitel’stva: 59-ja mezhdunarodnaja nauchno-tehnicheskaja konferencija molodyh uchenyh — SPb: SPbGASU, 2006. Pp.6–9 5. Pashkin, E. M. Diagnostika deformacii pamjatnikov arhitektury [Diagnostics of deformation of architectural monuments] / E. M. Pashkin, G. B. Bessonov. — M.: Strojizdat, 1984 6. Sotnikov, S. N. Stroitel’stvo i rekonstrukcija fundamentov zdanij i sooruzhenij na slabyh gruntah [Construction and reconstruction of building foundations and structures on soft ground]: dis. d-ra. tehn. nauk/ S. N. Sotnikov. — L., 1986. 440 p. |