Міністерство загальної та професійної освіти Російської Федерації
Кафедра АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ
«Проектування дорожніх одягів нежорсткого типу»
Виконав
Перевірив
Вихідними даними для проектування є:
1) Завдання на розробку курсової роботи.
2) Категорія проектування дороги - 2.
3) Характеристики руху.
4) Дорожньо-кліматична зона - 3.
5) Тип місцевості за умовами зволоження - 3
6) Грунтові умови - за результатами буріння свердловин глибиною до 5м виявлено наявність шару піску дрібного товщиною 3,8 м.
7) Інтенсивність руху - N 0 = 2811 авт. / добу.
Проектування дорожнього одягу та земляного полотна представляє собою єдиний процес конструювання і розрахунку дорожньої конструкції на міцність, морозостійкість, осушення та техніко-економічного обгрунтування варіантів.
У даній роботі передбачені такі розділи:
- Призначення типу покриття,
- Вибір матеріалів для влаштування шарів дорожнього одягу,
- Призначення числа шарів і їх орієнтовних товщин.
Завданням розрахунку є уточнення товщини шарів одягу в наміченому варіанті конструкції або вибір матеріалів з відповідними деформаційними та міцності при заданих товщинах шарів.
Розрахунок на міцність слід проводити за трьома критеріями:
- По допустимому пружному прогину всіх конструкцій,
- За зсувом в підстильному грунті, шарах з слабосвязанних матеріалів і в шарах асфальтобетону,
- На розтягування при вигині шарів з монолітних матеріалів.
Курсова робота представлена пояснювальною запискою на сторінках і кресленням на 1 арк.
1. Конструювання дорожнього одягу.
Етапи конструювання включають в себе:
1.Визначення типу дорожнього одягу і покриття, мінімально допустимого рівня надійності і необхідного коефіцієнта міцності.
2. Призначення необхідного модуля пружності на поверхні конструкції.
3.Вибор матеріалів для шарів дорожнього одягу, кількість шарів і їх попередніх товщин.
3. Визначення розрахункових характеристик матеріалів дорожнього одягу.
1.1. Призначення необхідного модуля пружності.
1.1.1. Визначення перспективної інтенсивності на період до капітального ремонту.
Перспективну інтенсивність руху визначають за законом складних відсотків:
де:
N 0 - інтенсивність руху на розрахунковий рік (рік введення дороги в експлуатацію), авт / добу,
q - щорічний приріст інтенсивності руху,
t = 18 років - термін служби дорожнього одягу до капітального ремонту (1, табл.2.4).
N t = 2811 * (1 +0,033) 18 = 5043 авт. / добу
1.1.2. Визначення наведеної інтенсивності руху до розрахункової навантаженні на одну смугу.
Наведену до розрахункової навантаженні на одну смугу інтенсивність руху визначають за формулою:
де:
f смуг = 0,55 - коефіцієнт, що враховує кількість смуг руху і розподілу руху по них (1, табл.2.6),
N m - число проїздів на добу в обох напрямках транспортних засобів m-ої марки,
S m, сум - сумарний коефіцієнт приведення впливу на дорожній одяг транспортного засобу
m-ої марки до розрахункової навантаженні Q розр (S m = 0,08 - для ГАЗ-53А, S m = 0,2-дляЗІЛ-130, S m = 1,05 - для КАМАЗ-551) (3, табл. 2, дод.1).
N p = 0,55 * ((562,2 * 0,08) + (1124,4 * 0,2) + (252,99 * 1,05)) = 535,5 од / добу
Значення E тр = 220 МПа приймаємо за графіком 2.1. (1)
Покриття дорожніх одягів капітального типу приймає одношаровими, тому що N p <1500 од / добу.
Шар покриття влаштовуємо з щільної асфальтобетонної суміші марок I-II. Верхній шар підстави влаштовуємо з пористого (або високопористого) асфальтобетону марок I-II, "чорного" щебеню і щільних сумішей, оброблених з застосуванням органічного в'яжучого в установці, щебеню, обробленого органічними в'яжучими методом просочування, "худого" пінобетону.
Для нижнього шару основи застосовуємо кам'яні матеріали I-III класу міцності, укріплені неорганічними в'яжучими або без зміцнення.
Таким чином, число шарів - 3. Підстава проектуємо на 0,6 - 1,0 м ширше покриття з метою забезпечення нормальних умов роботи прикрайкового частини дорожнього одягу.
На підставі наведеної до розрахункового руху інтенсивності, ДКЗ, типу місцевості за умовами зволоження, грунту земляного полотна з альбому типових конструкцій дорожнього одягу серії 3503-71 приймається наступна схема конструкції дорожнього одягу.
1) покриття - щільний асфальтобетон з гарячої дрібнозернистої щебеневої суміші типу А (I марки) на бітумі БНД 60/90;
2) верхній шар підстави - пористий асфальтобетон з гарячої грубозернистої щебеневої змести II марки на бітумі БНД 60/90;
3) нижній шар основи - готова піщано-гравійна суміш, укріплена 8% цементу марки М5 / 1;
4) додатковий шар підстави - пісок за ГОСТ 8736-85.
Значення Wр обчислюють з урахуванням неоднорідності грунту за вологістю:
де W - середня багаторічна вологість грунту в частках межі текучості Wт; W = 0,61
СW - коефіцієнт варіантності, рівний 0,1;
t - коефіцієнт нормованого відхилення, прийнятий у залежності від заданого рівня проектної надійності; t = 1,71
За отриманого значення W т визначаємо розрахункові характеристики грунту земляного полотна - піску дрібного [табл. 10]: Е гр = 100 МПа; φ гр = 38 0; З гр = 0,005 МПа.
Для дороги II технічної категорії за табл. 2.2. визначаємо коефіцієнт надійності Kн = 0,95 і коефіцієнт міцності Кпр = 1,0.
Розрахункові характеристики інших матеріалів визначено за табл. 12,13,14,16 [1] і зведені в табл. 1.
Значення розрахункових характеристик матеріалів
Таблиця 1.
де
Значення
Розрахунок по пружному прогину можна вести у двох варіантах:
1.Визначити загальний модуль пружності конструкції при відомих товщинах шарів одягу.
2.Визначте товщину проміжного шару при відомому модулі конструкції
Розрахунок 1-го варіанта:
D = 0.37 м
ЄДР = 100 МПа
Едоп.осн = 1000 МПа hдоп.осн = 0,17 м
Еосн = 1200 МПа hосн = 0,08 м
Епокр = 1800 МПа hпокр = 0,04 м
ЄДР / Едоп.осн = 100/1000 = 0,1
hдоп.осн / D = 0,17 / 0,37 = 0,46 à Е'общ = 0.23 * Едоп.осн = 230
Е'общ / Еосн = 230/1200 = 0.19
hосн / D = 0,08 / 0,37 = 0,21 à Е''общ = 0.25 * 1200 = 400 МПа.
Е''общ / Епокр = 400/1800 = 0.22
hдоп.осн / D = 0,17 / 0,37 = 0,46 à Еобщ = 0,37 * 1800 = 660 МПа.
Еобщ / етр = 660/220 = 3> 0.95
Висновок: умова надійності і міцності по пружному прогину виконується.
де
Т - активне напруга зсуву від діючої короткочасної (тривалої) навантаження.
У процесі розрахунку багатошарову конструкцію призводять до двошарової моделі. Індекс, що розраховується шар умовно служить півпростором з слабозв'язаних матеріалу з притаманними йому розрахунковими характеристиками. Товщину верхнього шару моделі приймають рівною сумі товщин усіх шарів, розташованих над розраховується
Визначаємо напруги від одиничної навантаження по за рис 3.6 [2]. Для цього обчислюють відносини
де D - діаметр навантаженої площі з урахуванням характеру дії навантаження (рухома або статична);
Е сл - модуль пружності грунту або матеріалу малосвязного шару.
Виходить
Визначаємо напруження від власної ваги дорожнього одягу за рис. 3.2:
Чинне в шарі активне напруга зсуву обчислюють за формулою:
де P = 0,6 МПа - середнє розрахункове тиск на покриття.
Допустиме активне напруга зсуву обчислюють за формулою:
Т доп = з гр * до 1 * до 2 * до 3, МПа.
де з гр - зчеплення в грунті активної зони земляного полотна в розрахунковий період або в матеріалі малосвязного шару; з гр - 0,005;
до 1 - коефіцієнт, що враховує зниження опору грунту або малосвязного матеріалу зрушенню під агресивним впливом рухомих навантажень; до 1 = 0,6;
до 2 - коефіцієнт запасу на неоднорідність умов роботи дорожнього одягу, приймається за рис 3.3; до 2 = 0,89
до 3 - коефіцієнт, що враховує особливості роботи грунту і малосвязних шарів; до 3 = 5
Т доп = 0,005 * 0,6 * 0,89 * 5 = 0,0134 МПа
Перевіряємо умову
0,91 <0.0134/0.0019 = 7
Умова виконується.
де К - комплексний коефіцієнт, що враховує зачеплення зерен асфальтобетону та умови його роботи (див. табл 3,2);
с - зчеплення в шарі асфальтобетону (див. табл 3.2).
При розрахунку асфальтобетону на зсув визначають середній модуль пружності його верств Еср.асф (см формулу), коригують загальний модуль пружності на поверхні нижележащих шарів Еобщ.осн і обчислюють відносини за формулами:
Виходить
Активне напруга зсуву:
Перевіряємо умову
0,91 <0,22 / 0.019 = 11,6
де
Для розрахунку наводимо конструкцію до двошарової системі із загальним модулем пружності підстави, розрахованим за номограми.
Визначаємо середній модуль пружності пакету з асфальтобетонних шарів:
Виходить
Повне розтягуюче напруга:
де
Визначаємо допустима напруга:
де
t = 1,32 - нормативне відхилення від середнього значення;
Перевіряємо умову
0,91 <1,53 / 1,28 = 1,2
1) у районах з малою глибиною промерзання (IV і V ДКЗ);
2) на земляному полотні, складеному на всю глибину промерзання неморозоопаснимі грунтами (піски, супіски легкі, великі);
3) при товщині одягу, необхідної за умовами міцності і перевищує 2 / 3 глибини промерзання;
4) На місцевості, віднесеної за ум. зволоження до I типу.
5) І т.д.
Так як земляне полотно на глибину 3,8 м складена з дрібних пісків (за завданням), то спеціальних заходів, які забезпечують морозостійкість дорожнього одягу, не потрібно.
Розрахунок дренуючого шару також не потрібно за тими самими умовами.
Кафедра АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ
Курсова робота
З дисципліни «Вишукування і проектування автомобільних доріг»«Проектування дорожніх одягів нежорсткого типу»
Виконав
Перевірив
Введення
Курсова робота виконана на підставі завдання, виданого кафедрою «Автомобільні дороги».Вихідними даними для проектування є:
1) Завдання на розробку курсової роботи.
2) Категорія проектування дороги - 2.
3) Характеристики руху.
4) Дорожньо-кліматична зона - 3.
5) Тип місцевості за умовами зволоження - 3
6) Грунтові умови - за результатами буріння свердловин глибиною до 5м виявлено наявність шару піску дрібного товщиною 3,8 м.
7) Інтенсивність руху - N 0 = 2811 авт. / добу.
Проектування дорожнього одягу та земляного полотна представляє собою єдиний процес конструювання і розрахунку дорожньої конструкції на міцність, морозостійкість, осушення та техніко-економічного обгрунтування варіантів.
У даній роботі передбачені такі розділи:
- Призначення типу покриття,
- Вибір матеріалів для влаштування шарів дорожнього одягу,
- Призначення числа шарів і їх орієнтовних товщин.
Завданням розрахунку є уточнення товщини шарів одягу в наміченому варіанті конструкції або вибір матеріалів з відповідними деформаційними та міцності при заданих товщинах шарів.
Розрахунок на міцність слід проводити за трьома критеріями:
- По допустимому пружному прогину всіх конструкцій,
- За зсувом в підстильному грунті, шарах з слабосвязанних матеріалів і в шарах асфальтобетону,
- На розтягування при вигині шарів з монолітних матеріалів.
Курсова робота представлена пояснювальною запискою на сторінках і кресленням на 1 арк.
1. Конструювання дорожнього одягу.
Етапи конструювання включають в себе:
1.Визначення типу дорожнього одягу і покриття, мінімально допустимого рівня надійності і необхідного коефіцієнта міцності.
2. Призначення необхідного модуля пружності на поверхні конструкції.
3.Вибор матеріалів для шарів дорожнього одягу, кількість шарів і їх попередніх товщин.
3. Визначення розрахункових характеристик матеріалів дорожнього одягу.
1.1. Призначення необхідного модуля пружності.
1.1.1. Визначення перспективної інтенсивності на період до капітального ремонту.
Перспективну інтенсивність руху визначають за законом складних відсотків:
де:
N 0 - інтенсивність руху на розрахунковий рік (рік введення дороги в експлуатацію), авт / добу,
q - щорічний приріст інтенсивності руху,
t = 18 років - термін служби дорожнього одягу до капітального ремонту (1, табл.2.4).
N t = 2811 * (1 +0,033) 18 = 5043 авт. / добу
1.1.2. Визначення наведеної інтенсивності руху до розрахункової навантаженні на одну смугу.
Наведену до розрахункової навантаженні на одну смугу інтенсивність руху визначають за формулою:
де:
f смуг = 0,55 - коефіцієнт, що враховує кількість смуг руху і розподілу руху по них (1, табл.2.6),
N m - число проїздів на добу в обох напрямках транспортних засобів m-ої марки,
S m, сум - сумарний коефіцієнт приведення впливу на дорожній одяг транспортного засобу
m-ої марки до розрахункової навантаженні Q розр (S m = 0,08 - для ГАЗ-53А, S m = 0,2-дляЗІЛ-130, S m = 1,05 - для КАМАЗ-551) (3, табл. 2, дод.1).
N p = 0,55 * ((562,2 * 0,08) + (1124,4 * 0,2) + (252,99 * 1,05)) = 535,5 од / добу
Значення E тр = 220 МПа приймаємо за графіком 2.1. (1)
1.1.3. Вибір конструкції дорожнього одягу.
Конструкцію дорожнього одягу приймаємо типову.Покриття дорожніх одягів капітального типу приймає одношаровими, тому що N p <1500 од / добу.
Шар покриття влаштовуємо з щільної асфальтобетонної суміші марок I-II. Верхній шар підстави влаштовуємо з пористого (або високопористого) асфальтобетону марок I-II, "чорного" щебеню і щільних сумішей, оброблених з застосуванням органічного в'яжучого в установці, щебеню, обробленого органічними в'яжучими методом просочування, "худого" пінобетону.
Для нижнього шару основи застосовуємо кам'яні матеріали I-III класу міцності, укріплені неорганічними в'яжучими або без зміцнення.
Таким чином, число шарів - 3. Підстава проектуємо на 0,6 -
На підставі наведеної до розрахункового руху інтенсивності, ДКЗ, типу місцевості за умовами зволоження, грунту земляного полотна з альбому типових конструкцій дорожнього одягу серії 3503-71 приймається наступна схема конструкції дорожнього одягу.
1) покриття - щільний асфальтобетон з гарячої дрібнозернистої щебеневої суміші типу А (I марки) на бітумі БНД 60/90;
2) верхній шар підстави - пористий асфальтобетон з гарячої грубозернистої щебеневої змести II марки на бітумі БНД 60/90;
3) нижній шар основи - готова піщано-гравійна суміш, укріплена 8% цементу марки М5 / 1;
4) додатковий шар підстави - пісок за ГОСТ 8736-85.
1.2. Визначення розрахункових характеристик грунту земляного полотна і матеріалів шарів дорожнього одягу.
Основні фізико-механічні властивості грунту земляного полотна (модуль пружності E гр, кут внутрішнього тертя φ гр, питоме зчеплення З гр) залежать від його розрахункової вологості Wр.Значення Wр обчислюють з урахуванням неоднорідності грунту за вологістю:
де W - середня багаторічна вологість грунту в частках межі текучості Wт; W = 0,61
СW - коефіцієнт варіантності, рівний 0,1;
t - коефіцієнт нормованого відхилення, прийнятий у залежності від заданого рівня проектної надійності; t = 1,71
За отриманого значення W т визначаємо розрахункові характеристики грунту земляного полотна - піску дрібного [табл. 10]: Е гр = 100 МПа; φ гр = 38 0; З гр = 0,005 МПа.
Для дороги II технічної категорії за табл. 2.2. визначаємо коефіцієнт надійності Kн = 0,95 і коефіцієнт міцності Кпр = 1,0.
Розрахункові характеристики інших матеріалів визначено за табл. 12,13,14,16 [1] і зведені в табл. 1.
Значення розрахункових характеристик матеріалів
Таблиця 1.
| Матеріал конструктивного шару | Розрахунок по пружному прогину | Розрахунок по опору зрушенню | Розрахунок на розтяг при вигині |
| 1. Щільний асфальтобетон | E = 1800 МПа | 900 МПа | Е = 4500 МПа / Rн = 2,8 МПа |
| 2. Пористий асфальтобетон | E = 1200 МПа | 700 МПа | Е = 2800 МПа / Rн = 1,6 МПа |
| 3. Готова піщано-гравійна суміш | E = 1000 МПа | 400 | Е = 1000 МПа / Rн = 0,7 МПа |
| 4. Пісок | E = 100 МПа | φ гр = 38 0 | З гр = 0.005 |
2. Розрахунок дорожніх одягів на міцність.
2.1. Розрахунок дорожнього одягу за допустимому пружному прогину.
Конструкція дорожнього одягу задовольняє вимогам надійності та міцності за критеріями пружного прогину, якщо:де
Значення
Розрахунок по пружному прогину можна вести у двох варіантах:
1.Визначити загальний модуль пружності конструкції при відомих товщинах шарів одягу.
2.Визначте товщину проміжного шару при відомому модулі конструкції
Розрахунок 1-го варіанта:
D = 0.37 м
ЄДР = 100 МПа
Едоп.осн = 1000 МПа hдоп.осн =
Еосн = 1200 МПа hосн =
Епокр = 1800 МПа hпокр =
ЄДР / Едоп.осн = 100/1000 = 0,1
hдоп.осн / D = 0,17 / 0,37 = 0,46 à Е'общ = 0.23 * Едоп.осн = 230
Е'общ / Еосн = 230/1200 = 0.19
hосн / D = 0,08 / 0,37 = 0,21 à Е''общ = 0.25 * 1200 = 400 МПа.
Е''общ / Епокр = 400/1800 = 0.22
hдоп.осн / D = 0,17 / 0,37 = 0,46 à Еобщ = 0,37 * 1800 = 660 МПа.
Еобщ / етр = 660/220 = 3> 0.95
Висновок: умова надійності і міцності по пружному прогину виконується.
3.2. Розрахунок дорожнього одягу за зсувом в підстильному грунті і малосвязних матеріалах конструктивних шарів.
Міцність дорожнього одягу за зсувом забезпечена за умови:де
Т - активне напруга зсуву від діючої короткочасної (тривалої) навантаження.
У процесі розрахунку багатошарову конструкцію призводять до двошарової моделі. Індекс, що розраховується шар умовно служить півпростором з слабозв'язаних матеріалу з притаманними йому розрахунковими характеристиками. Товщину верхнього шару моделі приймають рівною сумі товщин усіх шарів, розташованих над розраховується
Визначаємо напруги від одиничної навантаження по за рис 3.6 [2]. Для цього обчислюють відносини
де D - діаметр навантаженої площі з урахуванням характеру дії навантаження (рухома або статична);
Е сл - модуль пружності грунту або матеріалу малосвязного шару.
Виходить
Визначаємо напруження від власної ваги дорожнього одягу за рис. 3.2:
Чинне в шарі активне напруга зсуву обчислюють за формулою:
де P = 0,6 МПа - середнє розрахункове тиск на покриття.
Допустиме активне напруга зсуву обчислюють за формулою:
Т доп = з гр * до 1 * до 2 * до 3, МПа.
де з гр - зчеплення в грунті активної зони земляного полотна в розрахунковий період або в матеріалі малосвязного шару; з гр - 0,005;
до 1 - коефіцієнт, що враховує зниження опору грунту або малосвязного матеріалу зрушенню під агресивним впливом рухомих навантажень; до 1 = 0,6;
до 2 - коефіцієнт запасу на неоднорідність умов роботи дорожнього одягу, приймається за рис 3.3; до 2 = 0,89
до 3 - коефіцієнт, що враховує особливості роботи грунту і малосвязних шарів; до 3 = 5
Т доп = 0,005 * 0,6 * 0,89 * 5 = 0,0134 МПа
Перевіряємо умову
0,91 <0.0134/0.0019 = 7
Умова виконується.
3.3 Розрахунок асфальтобетонних шарів за зсувом
Розрахунок зсувостійкості асфальтобетону ведуть на тривалу дію навантаження при розрахунковій температурі для всіх ДКЗ +50 0 С. Допустиме активне напруга зсуву визначають за формулою:де К - комплексний коефіцієнт, що враховує зачеплення зерен асфальтобетону та умови його роботи (див. табл 3,2);
с - зчеплення в шарі асфальтобетону (див. табл 3.2).
При розрахунку асфальтобетону на зсув визначають середній модуль пружності його верств Еср.асф (см формулу), коригують загальний модуль пружності на поверхні нижележащих шарів Еобщ.осн і обчислюють відносини за формулами:
Виходить
Активне напруга зсуву:
Перевіряємо умову
0,91 <0,22 / 0.019 = 11,6
3.4. Розрахунок конструктивних шарів з монолітних матеріалів на напруження розтягу при згині
Критерій міцності:де
Для розрахунку наводимо конструкцію до двошарової системі із загальним модулем пружності підстави, розрахованим за номограми.
Визначаємо середній модуль пружності пакету з асфальтобетонних шарів:
Виходить
Повне розтягуюче напруга:
де
Визначаємо допустима напруга:
де
t = 1,32 - нормативне відхилення від середнього значення;
Перевіряємо умову
0,91 <1,53 / 1,28 = 1,2
3.5 Розрахунок морозостійкості дорожнього одягу при 3-му типі місцевості.
Спеціальних заходів, що забезпечують морозостійкість дорожнього одягу, не потрібно в наступних випадках:1) у районах з малою глибиною промерзання (IV і V ДКЗ);
2) на земляному полотні, складеному на всю глибину промерзання неморозоопаснимі грунтами (піски, супіски легкі, великі);
3) при товщині одягу, необхідної за умовами міцності і перевищує 2 / 3 глибини промерзання;
4) На місцевості, віднесеної за ум. зволоження до I типу.
5) І т.д.
Так як земляне полотно на глибину
Розрахунок дренуючого шару також не потрібно за тими самими умовами.