Асфальтобетон на щебеночном основании

Автор А.Е. Мерзликин, к.т.н., заведующий лабораторией ФГБУ «РОСДОРНИИ»,

Особенность щебеночных материалов состоит в том, что их модуль упругости нелинейно возрастает с увеличением интенсивности напряжений.

В научной литературе встречаются несколько полученных экспериментально моделей нелинейной взаимосвязи между модулем упругости и напряженным состоянием.

За основу дальнейших численных экспериментов примем модель Witczak и Uzan (1988) [1], которая имеет вид (1):Mr = K1 pa (θ/pa)K2 (τoct /pa)K3, (1)

где θ = σ1 + σ2 + σ3 – сумма главных напряжений;

τoctpaK1, K2, K3 – коэффициенты, полученные из экспериментов.

Известны два численных способа учета нелинейности щебеночных материалов слоев при исследовании напряженно­деформированного состояния (далее по тексту – НДС) дорожной одежды. В трехмерной постановке эту задачу решают, используя метод конечных элементов [2], а в двумерной постановке – применяя программные продукты, реализующие точные решения теории упругости о НДС многослойного полупространства. Задачу о влиянии основания из щебеночных материалов на напряжения в асфальтобетонном покрытии решали численно с помощью программы «Алгофорт», написанной по алгоритму А.К. Приварникова [2]. Применили следующий алгоритм расчета:

– слой основания разделили на 4 подслоя, задав материалу каждого подслоя исходные модуль упругости, коэффициент Пуассона и толщину;

– в точках, расположенных в середине толщины каждого подслоя и на оси нагружения, определяли главные напряжения от нормальной нагрузки, распределенной равномерно с интенсивностью р=0,55 МПа по площади круга с радиусом a = 15,24 см (итерация 1);

– в соответствии с формулой модели и учитывая полученные напряжения и их корректировку, рассчитывали новые модули упругости материала каждого подслоя для использования их в следующей итерации;

– для каждого подслоя проверяли: как отличаются новые модули упругости от модулей упругости, полученных в предыдущей итерации; расчеты заканчивали, если новые модули упругости всех подслоев отличались от полученной в предыдущей итерации менее чем на 1%;

– анализировали направление горизонтальных напряжений в основании и приравнивали растягивающие напряжения нулю, так как растяжение не может возникать в зернистом материале. Практически всегда результаты расчетов удовлетворяли этому условию за 3–5 итераций.

Влияние нелинейности щебеночного основания на горизонтальные нормальные напряжения в асфальтобетонном покрытии оценивали, предварительно определив аналогичные напряжения в дорожных одеждах со слоями, обладающими линейной взаимосвязью между напряжениями и деформациями. Характеристики материалов слоев из линейно­упругих материалов представлены в табл. 1. Горизонтальные нормальные напряжения на подошве асфальтобетонного покрытия дорожной одежды с основанием, обладающим нелинейной взаимосвязью между напряжениями и деформациями, определяли, используя характеристики слоев, которые представлены в табл. 2. Расчеты вели при различных условиях нагружения дорожных одежд транспортным средством (далее по тексту – ТС):

– при длительном нагружении на стоянке, когда асфальтобетон характеризовали низким модулем упругости (Е1=552 МПа);

– в условиях значительных скоростей (80–120 км/ч) и динамических воздействий ТС, когда модуль упругости асфальтобетона высокий (Е1=5570 МПа).

Графики (рис. 1–4) показывают, что при длительном нагружении (Е1=552 МПа) дорожных одежд максимальные растягивающие напряжения не превышают 0,25 МПа (на относительно тонком зернистом основании h2/2a=0,33). А при кратковременном нагружении (Е1=5570 МПа) дорожных одежд экстремальные максимальные растягивающие напряжения не превышают 2,3 МПа (на относительно тонком зернистом основании h2 /2a=0,30) при толщине покрытия 9–10 см.

Выводы:

Описывая нелинейность конкретного щебеночного материала с помощью модели Witczak и Uzan (1988) и применяя программу «Алгофорт», реализующую точное решение задачи теории упругости о НДС многослойного полупространства, загруженного через круговую площадку, получили следующие результаты.

При длительном нагружении дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием (Е1=552 МПа) на щебеночном основании линейная модель основания, которая в настоящее время используется при расчетах, переоценивает максимальные горизонтальные растягивающие напряжения σх. Нелинейная модель основания занижает эти напряжения примерно на 0,2 МПа. Увеличение толщины покрытия приводит к сближению максимальных горизонтальных растягивающих напряжений σх, которые получены при расчете по линейной и нелинейной моделям.

Полную версию статьи читайте в номере.

Прочитано 1259 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"