Курсач. КР каратаева мой самый правильный. 1. Задание для проектирования

• Название: 1. Задание для проектирования
• Анкор: Курсач
• Дата: 27.12.2022
• Размер: 192.67 Kb.
• Имя файла: КР каратаева мой самый правильный.docx
• Тип: Реферат; #867091

Содержание.

Введение.	2
1. Задание для проектирования.	3
2. Определение технической категории дороги.	4
3. Установление расчетной нагрузки и интенсивности движения.	5
4. Определение величины минимального требуемого модуля упругости.	7
5. Определение требуемого уровня надежности и коэффициента прочности.	8
6. Конструирование дорожной одежды	9
7. Определение характеристик грунта земляного полотна.	10
8. Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев	11
9. Расчет дорожной одежды.	12
10. Расчет конструкции дорожной одежды на статическое воздействие нагрузки.	16
11. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость	22
Библиографический список	23
Приложение

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 К_н =0,95.

Срок службы дорожной одежды Т_сл - 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):

q_ср = 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):

N_гр = 1780000*1,2*1,6/(365*6,12*0,74*0,71) = 2988 ед/сут;

N_л = 1540000*1,2*1/(365*4*0,76*0,75) = 2220 ед/сут;

N_авт = 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 = N_гр + N_л + 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

Q_расч – 57,5 кН.

- удельное давление колеса на покрытие р =0,6 МПа,

- расчетный диаметр следа движущегося колеса D_д = 40 см,

- расчетный диаметр следа неподвижного колеса D_н = 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):

N_{15 гр} = 2988*(1+0,0239)¹⁵ = 4258 ед/сут;

N_{15 авт} = 260*(1+0,0239)¹⁵ = 370 ед/сут.

3.3. Определим приведенную к расчетной интенсивность воздействия на-

грузки N_р на последний год срока службы по формуле (4.2):

,

где - коэффициент, учитывающий число полос движения, в соответствии с табл. 4.2, примем =0,55; n - общее число различных марок транспортных средств в составе потока; - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-ой марки; - суммарный коэффициент приведения транспортного средства m-ой марки к расчетной нагрузке (см.табл.4.4).

= ед./сут.

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 Т_гдр -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 Т_сл - 15 лет;

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, в соответствии с табл.4.7 k,=1.49;

- К_с - 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

(5.2.1)

где - суммарное расчётное число приложений нагрузок за срок службы дорожной одежды; с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчётной нагрузки на ось 100 кН – 3,2.



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 К_р^пр , значение которого зависит от технической категории дороги и типа дорожной одежды.

Значения К_р^пр при коэффициенте надёжности К_н = 0.95 на последний год срока службы дорожной одежды примем К_р^пр = 0.1.

Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности К_пр , который имеет разную величину для расчета дорожных одежд по каждому из критериев [2, таблица 3.1]:

по упругому прогибу К_пр = 1.17

по сдвигу и на растяжение при изгибе К_пр = 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 W_p определяется по формуле

(5.5.1)

где - среднее многолетнее значение относительной влажности грунта в долях от границы текучести [3, табл. 6.11], = 0.65; - поправка на особенности рельефа, для равнинных районов = 0 [3, табл. 6.12]; - поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, для обочин укрепленных щебнем примем = 0.02 [3, табл. 6.13]; - поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоёв дорожной одежды, определяемое по графику [3, рис 6.2], = 0.001; t – коэффициент нормативного отклонения, принимаемый для уровня надёжности К_н = 0.95 равным t = 1.71.

W_p = (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

№ слоя	Материал слоя	Расчётная температура, °C	Расчёт по допустимому упругому прогибу, Е, Мпа	Расчёт по условию сдвигоустойчивости, Е, МПа	Расчёт на растяжение при изгибе
					Е, МПа	R0, МПа	α	M
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Асфальтобетон высокоплотный на БНД 60/90	+ 10 + 20	3200	1800	6000	9.8	5.9	5.5
2	Асфальтобетон плотный пористый на БНД 60/90	+10 +20	2000	1200	2800	9.8	5.9	5.5
3	Чёрный щебень уложен. по способу заклинке		900	900	900
4	Щебень фр. 40/80		450	450	450
	Песок среднезерн.	Е = 120 МПа, С = 0.003 МПа, φст = 31°, φ = 28°
5	Грунт зем. полотна песок однородн.	Е = 75 МПа, С = 0.003 МПа, φст = 30°, φ = 31°

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

(8.6.1.1)

Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой, приведённой на рис. 1.



Рис. 1. Схема расчёта дорожной одежды по упругому прогибу.

1. 
   Находим отношение h_1­/D­_д = 4/37 = 0.11 и Е_об/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.
   
2. 
   Определяем отношение h₂/D_д = 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.
   
3. 
   Определяем отношение h₃/D_д = 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.
   
4. 
   Определяем отношение h₄/D_д = 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.
   
5. 
   Для определения толщины третьего слоя сначала находится Е'''_об. Для этого определим отношение Е_гр/Е₅ = 75/120 = 0.62 и h₄/D_д = 33/37 =0.87, по номограмме находим отношение Е^IV _об/ Е₄ = 0.12, отсюда Е^IV _об = 900 ∙ 0.12 = 108 МПа.
   

h_д.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

(5.6.2.1)

где n – число слоёв дорожной одежды; Е_i – модуль упругости i-го слоя; h_i - толщина i-го слоя.

МПа

2. Определим отношение Е_ср­­/Е_гр = 636/75 = 8,48 и Σh/D_д = 58/37 = 1,57 и по номограмме [2,рис.3.2] для φ=28° находим удельное напряжение сдвига τ_н =0.0125.

Активное напряжение сдвига определяется по формуле

Т = τ_н ∙ р = Т = τ_н ∙ р = 0.0125 ∙ 0.6 = 0.0075 МПа. (5.6.2.2)

3. Предельное допустимое активное напряжение сдвига Т_пр определяется по формуле

Т_пр = К_д(С_N + 0.1γ_ср ∙ z_on ∙ tg φ_ст), (5.6.2.3)

где С_N – сцепление в грунте земляного полотна или промежуточном песчаном слое; К_д – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, при проверке сдвигоустойчивости в подстилающем дорожную одежду грунте земляного полотна К_д = 1.0 [2]; z_on – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость от верха конструкции; γ_ср – средний удельный вес конструктивных слоёв, расположенных выше проверяемого слоя, (примем в среднем 0.002 кг/см³); φ_ст – расчётная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

Т_пр = 1.0(0.003 + 0.1 ∙ 0.002 ∙ 71 ∙ tg30) = 0.01 Мпа.

Найдём отношение Т_пр / Т = 0.01/0.0075 = 1,3 > К_пр = 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.

2. 
   Определяем модуль упругости верхнего слоя по формуле (5.6.3.1):
   

МПа

3. Вычислим отношение Е_ср/Е'''_об = 900/90 =10и Σh/D_д = 38/37 = 1,02 по номограмме [2, рис. 3.2] для φ = 28° находим удельное напряжение сдвига τ_н=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 Т_пр по формуле (5.6.3.3), при С_N = 0.003; К_д = 3 (для мелкозернистых песков); z_on = 49 см и φ_ст = 31°.

Т_пр = 4 (0.003 + 0.1 ∙ 0.002 ∙ 38 ∙ 0,53) = 0.028 МПа.

6. Найдём отношение Т_пр / Т = 0.028/0.016 =1,75, что больше К_пр = 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

Мпа _(5.6.4.1)

2. Найдём отношение модуля упругости асфальтобетонного слоя к общему модулю упругости нижележащих слоёв Е_ср/Е'_об = 5100/208 = 24,52 и отношение

h₁/D_д =10/37 = 0,27 по номограмме [2, рис. 3.4] определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки = 3,05.

3. Находим полное растягивающее напряжение по формуле

σ_r = ∙ р ∙ К_В , (5.6.4.2)

где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки; К_В – коэффициент, учитывающий особенности напряжённого состояния покрытия конструкции ( под спаренным баллоном принимается 0.85); р – расчётное давление колеса на покрытие.

σ_r = 3,05 ∙ 0.6 ∙ 0.85 = 1,55 МПа.

4. Определяем предельное растягивающее напряжение по формуле

R_N = R₀∙ k₁∙ k₂∙ (1 – ν_R∙ 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]; ν_R – коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе, ν_R = 0.1; t – коэффициент нормативного отклонения, принимаемый в зависимости от уровня надёжности ( для К_н = 0.95 принимается 1.71).

Коэффициент k₁ определяется по формуле

(5.6.4.4)

где ΣN_p – 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

R_N = 9,8 ∙ 0.46 ∙ 0.95(1 – 0.1 ∙ 1.71) = 3,5 МПа.

5. Вычисляем отношение R_N/ σ_r = 3,55/1,55 = 2,26 > К_н = 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

l_пуч ≤ l_доп, (5.7.1)

где l_пуч – расчётное пучение грунта земляного полотна, l_доп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, по данным [2, табл. 4.3] l_доп = 4см.

Глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формуле

z_пр = z_пр.ср ∙ 1.38 = 1 ∙ 1.38 = 1.38 м, (5.7.2)

где z_пр.ср – средняя глубина промерзания [2, рис. 4.4].

Определяем величину морозного пучения грунта земляного полотна l_пуч по формуле

l_пуч = (5.7.3)

где - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от полной толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания [2, рис 4.3]; - коэффициент, учитывающий влияние расчётной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод ( = 0,53); - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя [ 2, табл 4.4]; - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки [2, табл. 4.5], ( =1.3); - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт и зависящий от глубины промерзания [2, рис. 4.2]; - коэффициент, зависящий от расчётной влажности грунта [2, табл. 4.6].

l_пуч = 4∙ 0,5 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1 = 2,2 см <l_доп = 4см.

Морозоустойчивость дорожной одежды обеспечена.

Библиографический список.

1. 
   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.
   
2. 
   СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23 - 01 - 99*. - М.: Министерство регионального развития РФ, 2012.
   
3. 
   СП 34.13330.2021. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02 - 85*. - М.: Министерство регионального развития РФ, 2013.
   
4. 
   ГОСТ Р 52399-2005. Геометрические элементы автомобильных дорог [Текст]. – Введ. 2006-05-01. – М.: Стандартинформ, 2006 – 7 с.
   
5. 
   ГOСТ Р 52398-2005. Классификация автoмoбильных дoрoг. Oснoвные параметры и требoвания. – М.: Федеральнoе агентствo пo техническoму регулирoванию и метрoлoгии, 2012. – 10c.
   
6. 
   СНиП 1.04.03-85. Нoрмы прoдoлжения стрoительства и задела в стрoительстве предприятий, зданий и сooружений – М: Срoйиздат, 1987 г. – 522 с.
   
7. 
   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