© из книги канд. техн. наук
«Расчёт нежёстких дорожных одежд со слоями из слабосвязных материалов »
1.3 Теоретические основы расчёта нежёстких дорожных одежд
Теоретические и экспериментальные исследования установили следующую картину напряжённо-деформированного состояния дорожных одежд. Под действим транспортных нагрузок в слоях дорожной одежды возникают напряжения, постепенно затухающие с глубиной (рис 1.3).
Рис 1.3 Распределение напряжений по глубине дорожной конструкции под действием внешних нагрузок
Глубина, где напряжения от внешних нагрузок практически затухают, называется активной (рабочей) зоной - На.
Деформация дорожной одежды является проявлением ряда процессов, протекающих одновременно или следующих друг за другом (рис. 1.4).
1. Грунтовое основание сжимается под под нагрузкой в пределах активной зоны, вследствие чего происходит прогиб (осадка ℓ) дорожной одежды по криволинейной поверхности с образованием так называемой "чаши прогиба" – 10. При чрезмерно большой величине прогиба может произойти разрушение дорожной одежды .
2. Под нагрузкой протсходит сжатие материала (2) дорожной одежды, а в нижней части конструктивных слоёв – растяжение (3). При превышении растягивающих напряжений предела прочности материала в покрытии или основании образуются трещины (9). По периметру участка контакта нагрузки с покрытием действуют срезывающие напряжения (4), которые при больших нагрузках в тонкослойных одеждах и слабых подстилающих грунтах могут вызвать пролом дорожной одежды, иногда с выкалыванием её части, находящейся под нагрузкой в виде усечённого конуса.
3. В основаниях из несвязных и малосвязных материалов и в подстилающем грунте могут возникать зоны пластического течения грунта, развитие которых приводит к быстрому накоплению пластических деформаций одежды в целом и её разрушению.
Относительная роль каждой из указанных деформаций в разрушениях дорожных одежд ещё не выяснена. Чем тоньше одежда и меньше отличается она по жёсткости от подстилающего грунта, тем чаще происходят разрушения от выкалывания.
Оскольку деформации протекают скрыто в толще дорожной одежды, прогиб покрытия является единственным доступным для наблюдения показателем сопротивления дорожной одежд ы нагрузкам. Поскольку установлены эмпирические связи между конструкцией дорожной одежды, нагрузкой на неё и прогибом, последний принимают за обобщающую характеристику сопротивления одежды.
Из теории упругости известна формула для определения величины сжатия элементарного слоя dℓ = (1 / E) × (σZ × dZ), где
dℓ – сжатие элементарного слоя толщиной dZ,
σZ - напряжения в слоях дорожной одежды,
E – модуль деформативности, обобщённая характеристика деформативных свойств материала, показывающая, какую нагрузку может выдержать материал без образования пластических деформаций.
Рис 1.4 Деформация дорожной одежды
1 – осадка дорожной одежды, 2 – сжатие, 3 – растяжение, 4 – срез, 5 – выпирание, 6 - уплотнение грунта, 7 – направление сжатия грунта, 8 – растяжение, 9 – трещины, 10 – чаша прогиба.
Если внешняя нагрузка р (давление на поверхности) такова, что сжатие происходит за счёт сближения частиц материала без бокового выпора, то в зависимости от абсолютной величины сжатия модуль деформативности E может быть либо модулем деформации, либо модулем упругости материала. Если нагрузка р такова, что материал работает в упругой стадии деформирования, тогда - dℓ это упругая (восстанавливающаяся) деформация, а E - это модуль упругости Eу. Если производить дальнейшее увеличение нагрузки, то после её снятия останется какая то часть невосстановившейся деформации - пластическая деформация. Материал работает в упруго-пластической стадии деформирования и E это модуль деформации материала Eд. При дальнейшем, самом незначительном увеличении нагрузки, происходит пластическое течение материала с образованием боковых выпоров (рис 1.5).
Рис 1.5 Стадии деформирования дорожной конструкции под действием внешних нагрузок
Таким образом, если напряжённо-деформированное состояние характеризуется линейной зависимостью между напряжением и осадкой сжатия, причём деформации обратимы, то модуль деформативности принимает значение модуля упругости. При дальнейшем увеличении нагрузки связь между напряжением и деформацией приобретает нелинейную зависимость. Кроме обратимых (упругих) осадок сжатия появляются остаточные осадки, свидетельствующие о нарастании пластических деформаций. Напряжённо-деформированное состояние переходит в упруго-пластическую стадию. Их характеристикой является модуль деформации.
Полное сжатие массива определится как:
ℓ = (1 / E)a∫b σZ dZ …….................... (1.1)
Пределы интегрирования определяют толщину сжимаемого массива. Таким образом, определив величину сжатия ℓ и сравнив с допускаемым значением, следует вывод о правильности конструирования дорожной одежды. Вопрос теперь заключается в нахождении функции распределения напряжений σZ в слоях дорожной одежды под нагрузкой.
Купить книгу "Расчёт нежёстких дорожных одежд со слоями из слабосвязных материалов" на бумажном носителе Вы можете, нажав на эту ссылку:
