Розрахунок дорожнього одягу на зсув

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З ДИСЦИПЛІНИ „ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ

АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ”

Тема: “Проектування водоперепускних труб та

Малих мостів на автомобільних

дорогах.”

 

Виконала:

Студентка ФБА,

групи АДіА-31 Гордієнко А.С.

Перевірив:

Гайдукевич В.А.

 

 

Рівне-2012

 

 

Зміст

 

 

Вступ

 

1. Проектування водоперепускних труб на автомобільних дорогах.

 

2. Проектування малих мостів.

 

3. Проектування нежорсткого дорожнього одягу.

 

4. Розрахунок дорожнього одягу на міцність при пружньому

прогині.

 

5. Розрахунок дорожнього одягу на зсув.

 

6. Розрахунок дорожнього одягу на розтяжіння при згині.

 

ВСТУП

 

Дисципліна „Основи проектування автомобільних доріг” є об’ємною і передбачає застосування новинок по визначенню технічних параметрів доріг, проектування їх просторового положення, розрахунку водоперепускних споруд та дорожнього одягу. Обсягом першого курсового проекту (КП – 2) потрібно вирішити наступні задачі:

1. Проектування водоперепускних труб на автомобільних дорогах.

 

2.Проектування малих мостів

 

3.Проектування нежорсткого дорожнього одягу

 

4.Розрахунок дорожнього одягу на міцність при пружньому

прогині.

 

5. Розрахунок дорожнього одягу на зсув

 

6.Розрахунок дорожнього одягу на розтяжіння при згині

 

Першим етапом початку проектування має вивчення і ґрунтове застосування вимог та положень по проектуванню автомобільних доріг, які викладені в розділах 1,2,3 МВ. В наступних розділах наведено стислий теоретичний матеріал та потрібні довідкові дані, що є достатнім для виконання курсового проекту.

 

 

1. Проектування водоперепускних труб на автомобільних дорогах

До малих водотечій відносять струмки на малих річках, а також суходоли, які часом перетворюються в водотечії. Такі водотечії мають площу водозбору менше 100 .

Режим протікання води через штучні споруди на місцевих шляхах повинен бути переважно напірним.

Для призначення діаметра труби, або отвору мосту необхідно визначити розрахункову кількість води. Для цього попередньо визначають кількість води від зливи(), та від сніготанення ().

Кількість води від зливи визначають за формулою:

()

()

де: - середня інтенсивність зливи тривалістю 1 год,

- коефіцієнт переходу від інтенсивності зливи тривалістю 1 год. До розрахункової інтенсивності,

- площа водозбору,

- коефіцієнт витрати стоку, який залежить від виду грунту на поверхні водозбору,

- Коефіцієнт редукції, що враховує не повноту стоку.

У випадку необхідності врахування акумуляції і зливової води перед спорудою об’єм стоку, :

;

Кількість води від сніготанення визначають за формулою:

; ()

 

; ()

 

де: - коефіцієнт дружності повені,

- показник ступеня;

 

 

- водозбір() – площа з якої збирається вода, що протікає через споруду, визначається по карті;

- розрахунковий шар сумарного стоку, мм

;

;

- середній багаторічний шар стоку від сніготанення, мм

- модульний коефіцієнт при гама-параметричному законі розподілу, який залежить від імовірності перевищення повені() коефіцієнта варіації шару стоку повені (), коефіцієнта асиметрії ().

До значень коефіцієнта варіації (), що визначається по карті, необхідно ввести коефіцієнти:

1,25 – при F=(0-50 )

1,2 – при F=(51-100 ).

Коефіцієнт асиметрії для рівнинних водозборів має залежність:

;

для пересічних водозборів:

;

- коефіцієнт, що враховує зменшення витрат, при наявності в басейні озер:

Озерніть %	2-5	5-10	10-15
Коефіцієнт	0,9	0,8	0,75	0,7

 

- коефіцієнт, що враховує зменшення витрат, при наявності в басейні лісів та боліт.

 

Для витрати води 31,35 () призначаємо прямокутну трубу 2,5*2,0, глибина види перед трубою рівна 2,65м а швидкість води на виході є 4,7 ().

 

Визначають мінімальну висоту біля труби:

де: - діаметр призначеної труби, м;

- товщина стінок труби м;

 

 

 

- найменша товщина шару грунту над трубою ;

 

Визначають довжину труби. Довжина труби буде залежати від висоти насипу біля труби, яка визначається після проектування поздовжнього профілю. При м довжину труби без оголовків:

;

- ширина земляного покриття, м;

- коефіцієнт закладання укосу земляного полотна, приймають ;

- ухил труби, % о;

- висота насипу, м;

- діаметр труби, м;

- товщина стінки оголовка( м);

- кут між віссю дороги та труби.

При м довжина труби без оголовків:

Повна довжина труби буде дорівнювати:

де - довжина оголовків.

- для труби d=0,75 м з портальним оголовком вся довжина труби дорівнює (де м);

- для труби d=1 м з нормальним вхідним кільцем м, а з конічним вхідним кільцем з м, м.

- для труби d=1,25 м з нормальним вхідним кільцем м, а з конічним вхідним кільцем з м, м.

- для труби d=1,5 м з нормальним вхідним кільцем з м, м.

 

Проектування малих мостів

 

Етапи проектування малих мостів включають:

- визначення розрахункових витрат ();

- визначення глибини води перед мостом (H);

- визначення отвору мосту (b);

- визначення довжини мосту ();

- визначення мінімальної висоти мосту ();

- призначення укріплення біля мосту.

 

Визначення розрахункових витрат.

Послідовність визначення розрахункових витрат для моста така сама як для труб.

Кількість води від зливи визначають за формулою:

()

()

де: - середня інтенсивність зливи тривалістю 1 год,

- коефіцієнт переходу від інтенсивності зливи тривалістю 1 год. До розрахункової інтенсивності,

- площа водозбору,

- коефіцієнт витрати стоку, який залежить від виду грунту на поверхні водозбору,

- Коефіцієнт редукції, що враховує не повноту стоку.

Кількість води від сніготанення визначають за формулою:

; ()

 

; ()

 

де: - коефіцієнт дружності повені,

- показник ступеня;

- водозбір() – площа з якої збирається вода, що протікає через споруду, визначається по карті;

- розрахунковий шар сумарного стоку, мм

 

 

;

;

- середній багаторічний шар стоку від сніготанення, мм

- модульний коефіцієнт при гама-параметричному законі розподілу, який залежить від імовірності перевищення повені() коефіцієнта варіації шару стоку повені (), коефіцієнта асиметрії ().

До значень коефіцієнта варіації (), що визначається по карті, необхідно ввести коефіцієнти:

1,25 – при F=(0-50 )

1,2 – при F=(51-100 ).

Коефіцієнт асиметрії для рівнинних водозборів має залежність:

;

для пересічних водозборів:

;

- коефіцієнт, що враховує зменшення витрат, при наявності в басейні озер:

Озерніть %	2-5	5-10	10-15
Коефіцієнт	0,9	0,8	0,75	0,7

- коефіцієнт, що враховує зменшення витрат, при наявності в басейні лісів та боліт.

Визначення глибини води перед мостом.

Глибина води перед мостом (H) залежить від швидкості протікання потоку під мостом, яка збільшується при влаштуванні мосту, так як виникають стислі умови. Тому визначають тип укріплення під мостом і задають відповідну допустиму швидкість протікання.

За таблицею визначаємо середньо допустиму швидкість течії води при глибині потоку h = 2.0м та укріплення під мостом – Одиночне мощення на щебні 20см.

Найбільша швидкість під мостом буде дорівнювати:

Глибина води перед мостом за умов вільного протікання:

де: - прискорення вільного падіння (9,81 ).

 

 

 

Визначення отвору мосту.

Отвір мосту залежить від розрахункових витрат та схеми протікання води під мостом. Отвори малих мостів (до малих відносяться – переважно довжиною до 25 м) розраховують по схемі вільного протікання. Тоді отвір мосту буде дорівнювати:

;

Отвір мосту виміряється (для схеми вільного протікання) по поверхні вільного потоку.

 

Визначення довжини мосту.

Для забезпечення отвору() вибирають уніфіковані плити, або балки, та призначають кількість прогонів моста.

На розрахункову довжину моста впливає тип берегової опори.

При пальвих опорах та берегових огороджувальних стінках:

;

де: - отвір мосту, м;

- ширина палі(0,35 м);

- товщина огороджувальної стінки (0,16 м).

При берегових опорах з конусами розрахункова довжина мосту визначається:

;

 

де: - висота мосту, м;

- глибина води під мостом при вільному протіканні ( = 0,5Н);

- відстань між вершиною конуса та початком або кінцем мосту

=0,75 м при м; =1 м при м.

Орієнтуючись на розрахункову довжину призначають схему мосту і визначають його довжину.

;

 

 

 

де: - довжина плити або балки, м;

- проміжок між плитами та балками по довжині мосту(0,05 м).

Відхилення призначеної довжини з розрахунковою повинно бути в межах 10% (більше ніж розрахункова). Інакше змінюють схему мосту.

 

Визначення мінімальної висоти мосту.

 

Мінімальна висота мосту при схемі вільного протікання визначається виразом:

;

- глибина води перед мостом, м;

- зазор між рівнями води та низом балки(приймають – 0,5м, при корчеході 1,0м);

- приймаємо згідно таблиці 2;

 

Призначення укріплення за мостом.

 

При протіканні водного потоку під мостом та за ним зростає швидкість течії приблизно в 1,5 раза, що може призвести до розмивів. Швидкість потоку за мостом буде дорівнювати:

Згідно таблиці призначаємо бетонування маркою 150.

 

 

3. Проектування нежорсткого дорожнього одягу

На місцевих шляхах використовують в основному нежорсткий дорожній одяг, тобто без цементних та залізобетонних шарів. Конструкцію нежорсткого дорожнього одягу та тип покриття призначають виходячи з транспортно-експлуатаційних вимог та категорії дороги, з врахуванням інтенсивності руху та складу транспортних засобів, кліматичних та ґрунтово-гідрологічних умов, санітарно-гігієнічних умов, а також забезпеченості місцевими будівельними матеріалами і наявними відходами виробництва в регіоні.

Для автомобільних доріг І-ІІІ категорій за розрахунковий приймають автомобіль групи А, а для доріг ІV-V категорій автомобіль групи Б.

Дорожній одяг повинен надійно виконувати свою функцію на протязі всього періоду експлуатації, тобто мати відповідну міцність. Коефіцієнт надійності та міцності (їх мінімальне значення), визначають від типу дорожнього одягу та категорії дороги.

Дорожній одяг під дією автомобілів повинен працювати в пружній фазі, тобто без утворення залишкових деформацій після проїзду автомобіля. Для забезпечення такого стану потрібно підібрати відповідну конструкцію дорожнього одягу. При конструюванні дорожнього одягу керуються такими принципами:

- обов’язково в конструкцію включають прошарки з місцевих матеріалів та відходів виробництва;

- в конструкції дорожнього одягу слід передбачати якомога менше шарів ІІІ категорії – 4-3, ІV категорія – 3-2, V категорія – 2;

- товщина шарів повинна бути близькою до мінімальних значень, що пропонується, та збільшуватись з глибиною;

- співвідношення модулів пружності суміжних шарів повинно бути в межах 1,5-3,5, але не більше 6.

- модулі пружності шарів з глибиною зменшуються.

-

Модуль пружності – це відношення питомого тиску від автомобіля до величини пружної деформації, що виникає при цьому в кожному шарі дорожнього одягу.

; МПа

де: Р- питомий тиск від розрахункового автомобіля;

- відповідна величина пружньої деформації.

Характеристики грунту земельного полотна: модуль пружності (), щеплення (С), кут тертя визначають в такій послідовності:

 

 

а) знаходять розрахункове значення вологості грунту

де: - нормативне значення вологості грунту;

- коефіцієнт нормативного відхилення залежить від рівня проектної надійності (). -0,6...0,85; 0,90; 0,95;

- 0,26...1,06; 1,32; 1,71.

- коефіцієнт варіації вологості(0,1)

 

б) знаходять розрахункове значення модуля пружності

;

де: - нормативне значення модуля пружності;

- коефіцієнт варіації модуля пружності грунту: супіски - 0,06-0,07; суглинок, глина – 0,07-0,08; піски – 0,05-0,06.

 

в) визначають щеплення

;

де: - нормативне щеплення;

- коефіцієнт варіації щеплення (0,15).

в) визначають значення кута внутрішнього тертя.

 

В основному дорожній одяг розраховують на міцність за трьома критеріями:

- опір пружнього прогину всієї конструкції;

- опір зсуву в земельному полотні та проміжних шарах з слабозв’язаних матеріалів;

- опір розтяжінні при згинанні монолітних шарів.

Але, якщо виникає потреба, то роблять розрахунок на температурний вплив та на екстремальні умови (надзвичайне навантаження, агресивне середовище, тощо).

 

4. Розрахунок дорожнього одягу на міцність при пружньому прогині.

 

При розрахунку на міцність враховують інтенсивність руху автомобілів різних марок у двох напрямках, яку приводять до еквівалентної дії розрахункового навантаження (приведений автомобіль) на одну смугу проїзної частини.

 

;

де: - коефіцієнт, що враховує кількість смуг руху та розподіл на них руху;

n – загальна кількість транспортних засобів різних марок у складі потоку;

- інтенсивність руху кожної марки;

- сумарний коефіцієнт приведення дії приведеного навантаження.

В разі необхідності, окремою методикою визначається сумарний коефіцієнт для автомобілів.

Конструкція дорожнього одягу задовольняє потреби надійності та міцності за критерієм пружного прогину якщо:

 

;

;

де: - коефіцієнт міцності дорожнього одягу;

- загальний модуль пружності конструкцій;

- потрібний модуль пружності (визначають по номограмі) в залежності від інтенсивності розрахункових автомобілів та категорії дороги.

 

 

 

 

Номограма для визначення потрібного модуля пружності :

1- під навантаження (статичне) на вісь 10,0 тс;

2- під навантаження (статичне) на вісь 6,0 тс;

Результат одержаний по номограмі порівнюють з мінімальним, що пропонується для різних категорій доріг і покриттів.

Для подальших розрахунків приймають більше з цих значень. Кожний шар конструкції дорожнього одягу розглядають як верхній шар із своїм , а всю конструкцію, що лежить нижче, як верхній шар (з модулем ) при двошаровому напівпросторові. В розрахунках використовується номограма для визначення загального модуля пружності двошарової системи , яка пов’язує величини модулів пружності верхнього та нижнього шарів ( / ), співвідношення() товщини шару та діаметру сліда, та величину загального модуля пружності на поверхні двошарової системи .

 

 

 

Номограма для визначення загального модуля пружності двошарової системи

В залежності від завдання, розрахунок конструкції дорожнього одягу можна починати з верхніх шарів до нижніх, з визначенням товщини нижнього шару, або в зворотньому напрямку з визначенням загального модуля пружності конструкції дорожнього одягу.

Так можливо визначити товщину проміжного шару, рахуючи зверху до розрахункового шару, а потім знизу.

ВАРІАНТ 1

Приймаємо таку конструкцію дорожнього одягу:

 

8см – Асфальтобетон, Е=2500Мпа;

 

18см – Щебінь оброблений просочуванням, Е=400…600Мпа;

 

20см – вапняк, Е =150…250Мпа;

 

? – Пісок, Е=120…140Мпа;

 

ВАРІАНТ 2

Приймаємо таку конструкцію дорожнього одягу:

 

8см – Асфальтобетон, Е=2500Мпа;

 

18см – Щебінь оброблений просочуванням, Е=400…700Мпа;

 

22см – вапняк, Е =150…200Мпа;

 

? – Пісок, Е=120…140Мпа;

 

ВАРІАНТ 3

Приймаємо таку конструкцію дорожнього одягу:

 

8см – Асфальтобетон, Е=3000Мпа;

 

20см – Щебінь оброблений просочуванням, Е=400…700Мпа;

 

22см – висівки, Е =150…200Мпа;

 

? – Пісок, Е=120…140Мпа;

 

 

Розрахунок дорожнього одягу на зсув

 

Такому розрахунку підлягає грунт земельного полотна та прошарки з незв’язаних або слабозв’язаних матеріалів. Умова розрахунку:

;

де: - коефіцієнт міцності;

- активна напруга зсуву від діючого навантаження;

- допустима напруга зсуву, що обумовлена щепленням в грунті;

 

;

 

де: С – розрахункове навантаження в активній зоні;

- коефіцієнт, що враховує зменшення опору зсуву (для умов тимчасового навантаження =0,6, при тривалому навантажені =0,9);

- коефіцієнт, що враховує неоднорідність умов роботи.

Залежність коефіцієнта від розрахункової зведеної інтенсивності

 

 

- коефіцієнт, що враховує особливості роботи грунту в конструкції, залежить від типу грунту:

- глинисті грунти (глина, суглинки, супіски, крім крупних) – 1,5

- піски пилуваті, супіски крупні – 4,0

- піски мілкі – 6,5

- піски середньої крупнисті – 8,0

- піски крупні - 9,2

- активна напруга зсуву в грунті земляного полотна або прошарку.

;

де: - складова активної напруги зсуву обумовлена тимчасовим навантаження.

 

Номограма для визначення активних напружень зсуву від тимчасового навантаження у нижньому шарі двошарової системи при сумісній роботі шарів на контакті(при h/D=0-2); порядок визначення показано штриховою лінією і стрілкою.

 

Визначаємо та ;

 

;

 

При перевірці земляного полотна на зсув, перший шар – це конструкція дорожнього одягу, другий – це земляне полотно. При перевірці пісчаного шару на зсув, перший шар – це всі шари, що зверху пісчаного, другий - це сам пісчаний шар.

- складова активної напруги зсуву обумовлена власною вагою дорожнього одягу.