УДК 625.768.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Киялбай С.Н., к.т.н., доцент (Казахстан, КазАДИ им. Л.Б. Гончарова)

Байкенов А.А., магистрант (Казахстан, КазАДИ им. Л.Б. Гончарова)

Аннотация. В данной работе рассматриваются проблемы снижения прочностных свойств дорожной одежды на автомобильных дорогах Казахстана местного значения. Исходные данные, приведенные в материалах статьи, получены в результате полевых исследований с участием авторов. Новизна данного исследования заключается в установлениифактической технической категории дорогв Жамбылской области и установленные корреляционные зависимости между прогибомерами балки Бенкельмана и МАДИ-ЦНИЛ.

Ключевые слова: автомобильные дороги, дорожная одежда, напряженно-деформированное состояние, упругий прогиб, штамповые испытания,

Введение.В настоящее время значительно повышаются требования к транспортно-эксплуатационному состоянию автодорог и в большей мере к деформационно-прочностным характеристикам покрытий дорожных одежд. Для стран СНГ, исходя из погодно-климатических условий, наиболее распространенными являются конструкции дорожных одежд нежесткого типа. Сложившаяся к настоящему времени научно-теоретическая база позволяет учесть при проектировании конструкций нежестких дорожных одежд возникшие изменения в нагрузках и воздействиях на автомобильную дорогу, т.е. при конструировании и расчете можно создавать конструкции дорожных одежд, обеспечивающие достаточные прочностные характеристики и долговечность в период расчетного срока службы.

Постановка задачи.1. Определить места проведения замеров и приборным методом установить показатели упругих прогибов.

2. Установить корреляционную зависимость между приборами МАДИ-ЦНИЛ и балкой Бенкельмана.

Результаты. 1. Для измерения упругих прогибов используются прогибомеры КП-204, балка Бенкельмана, МАДИ-ЦНИЛи другие модификации, применение которых удовлетворяет метрологическим требованиям в соответствии с действующими нормативными документами. Между этими приборами установлена корреляционная зависимость (рис. 1).

На выбранных участках проведены штамповые испытания на прочность дорожных одежд (рис. 2), затем установлена корреляционная зависимость между приборами МАДИ-ЦНИЛ и балкой Бенкельмана (рис. 3).

Рис. 1. Снятие показаний прогиба прогибомером МАДИ-ЦНИЛ

Рис. 2. Штамповое испытание прочности дорожной одежды

Рис. 3. Корреляционная зависимость между показаниями

приборов МАДИ-ЦНИИЛ и балкой Бенкельмана

2. Краткое описание объекта исследования.

Автомобильная дорога местного значения «Тараз–Аса–Аккуль–Саудакент» находится на территории Жамбылской области (Казахстан). Данная дорога в соответствии с СНиП 3.03.09-2006 соответствует III технической категории. Конструкция дорожной одежды состоит из следующих слоев:

1. Мелкозернистый горячий асфальтобетон, тип Б ……………………… 5 см

2. Крупнозернистый горячий асфальтобетон ……………………….…….. 7 см

3. Фракцированный щебень, укладываемого по способу заклинки …. 20 см

4. Материалы от разборки старой дорожной одежды с

добавлением щебня фр. 20-40 мм ………………………………………… 30 см

Показания прибора снимаются при нагрузках 45 МПа, 90 МПа, 135 МПа, 180 МПа, 225 МПа и 270 МПа. Штамп устанавливается по крайней полосе движения на внешней полосе наката. Перед снятием под штамп распределяется сухой подобранный песок размером 0.315-2 мм. Замеры снимаются один раз по каждой нагрузке. При этом показания фиксируются параллельно на двух индикаторах. Результаты измерений заполнялись в форму согласно ПР РК 218-27-2-14, затем послойно рассчитывались значения модуля упругости нижних слоев основания дорожной одежды.

После снятия показаний упругих прогибов, расчетным путем определяется величина фактического модуля упругости слоев дорожной одежды [1]:

Е_i = 0,25 ∙3,14·p·D·(1 – µ²)/ℓ, (1)

где р– нагрузка, подаваемая на пресс-штамп, МПа; D – диаметр штампа, мм; µ – коэффициент Пуассона, µ=0,32; ℓ – величина упругого прогиба, мм.

Результаты полевых замеров, проведенные исследователями КазАДИна автомобильной дороге«Кабанбай батыр–Жангызкудук–Оразак» (Акмолинская область) и расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты полевых исследований и расчета

На-груз-ка, МПа	Слои основания из материалов от раз-борки старой дорожной одежды с до-бавлением щебня фр. 20-40 мм, h=30см						Слой основания из фракцированного щебня, h=20 см
	Упругий прогиб, по показанию индикаторов			Еi, МПа	Еi с учетом темпер. возд, МПа	Еср, МПа	Упругий прогиб, по показанию индикаторов			Еср, МПа	Еi с учетом темпер. возд., МПа	Еср, МПа
	пра- вый	ле-вый	сред-ний				пра- вый	ле-вый	сред-ний
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
ПК 78+40
45	65	77	71	134,0	120,6	121,2	31	20	25,5	373,0	335,7	349,8
90	137	151	144	132,1	118,9		51	45	48	396,3	356,7
135	201	222	211,5	134,9	121,4		68	75	71,5	399,1	359,2
180	268	281	274,5	138,6	124,8		101	91	96	396,3	356,7
225	351	378	364,5	130,5	117,4		129	121	125	380,5	342,4
270	422	405	413,5	138,0	124,2		154	141	147,5	386,9	348,2
ПК 80+50
45	80	71	75,5	126,0	113,4	118,8	23	27	25	380,5	342,4	350,1
90	136	148	142	134,0	120,6		51	46	48,5	392,3	353,0
135	216	210	213	134,0	120,6		68	80	74	385,6	347,1
180	280	274	277	137,4	123,6		98	93	95,5	398,4	358,6
225	354	361	357,5	133,0	119,7		119	124	121,5	391,5	352,3
270	434	461	447,5	127,5	151,0		151	145	148	385,6	347,1
ПК 86+40
45	68	73	70,5	134,9	121,4	120,2	28	22	25	380,5	342,4	351,0
90	139	144	141,5	134,4	121,0		51	45	48	396,3	356,7
135	209	221	215	132,7	119,5		79	68	73,5	388,3	349,4
180	291	272	281,5	135,2	121,6		99	94	96,5	394,3	354,9
225	360	356	358	132,9	119,6		125	116	120,5	394,7	355,2
270	441	427	434	131,5	118,4		144	152	148	385,6	347,1

Как известно, современные методы расчета и проектирования дорожных одежд основаны на аппарате линейной теории упругости для осесимметричных статических задач [2,3]. В них воздействие подвижных нагрузок учитывается путем введения в расчет лишь динамического коэффициента по напряжению. Далее приводится сопоставительный анализ теоретических решений на основе вышеперечисленных моделей и экспериментальных данных о прогибах поверхности покрытия дорожных одежд, полученных непосредственно в реальных дорожных условиях. Численные результаты расчета напряженно-деформированного состояния нежесткой дорожной одежды под действием подвижной нагрузки, полученные автором настоящей работы на упруговязкой многослойной модели (рис. 4), являются наиболее близкими с данными эксперимента, чем вышеприведенные результаты теоретических исследований.

ℓv ℓо
	V, км/ч

Рис. 4. Корреляционная зависимость между упруговязкой многослойной средой с конечно-элементной дискретизацией и скорости движения автомобилей:

♦ – результаты экспериментального испытания: – относительный прогиб: V – скорость движения автомобиля, км/час

Выводы. По результатам полевых испытаний определены прочностные свойства существующих дорожных одежд и максимальная нагрузка на ось. Результаты данного исследования дали возможность уточнить техническую категорию существующих дорог Жамбылской области.

Список использованных источников

[1] Красиков О.А. Мониторинг и стратегия ремонта автомобильных дорог. – КазгосИНТИ, 2004. – 263 с.

[2] Телтаев Б.Б., Кулманов К. С. Напряженно – деформированное состояние многослойных дорожных конструкций с учетом динамики движущихся автомобилей. – Алматы: ИММаш МН – АН РК, 1996. c. 252.

[3] Киялбаев А.К., Киялбай С.Н. Эксплуатация автомобильных дорог. Учебное пособие. – Алматы-Москва: МААДО, КазАДИ, 2017. – 342 с.