ВСН 197-91 (558407), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

По формуле (62) Норм находим толщину дренирующего слоя:

(1+ L_ф/К_ф).

Согласно исходным данным ширина земляного полотна 10 м

L_ф = 10/2 = 5 м; К_ф = 6 м/сут, тогда h_ф = 0,1(1 + 5/6) = 0,18 м.

Принимаем толщину дренирующего слоя равной 20 см.

Назначение конструкции дорожной одежды

Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:

покрытие — цементобетон класса В_вtв 3,6; E_б = 32000 МПа;

основание — песок среднезернистый; E_п = 120 МПа; h_п = 30 см.

Определение эквивалентного модуля упругости на поверхности основания

По формуле (2) прил. 2 при h_п = 20 см; E_п = 120 МПа; E_гр = 56 МПа рассчитываем h_э:

h_э = 2 × 20 = 28,4 см.

По формуле (1) прил. 2 при Д = 50 см определяем :

= 66,7 МПа.

Определение расчетной прочности бетона

По формуле (2) прил. 1 при N_pt = 296690 находим K_y = 1,08 ´ 296690^-0б063 = 0,49.

По формуле (1) прил 1 при К_нп = 1,2 и К_у = 0,47 определяем

= 3,6 × 1,2 × 0,47 = 2,03 МПа.

Определение толщины покрытия

Для нескольких толщин h покрытия определяем: l_у — по формуле (11), s_рt — по формуле (9), К_t — по табл. 7, К_у — по формуле К_у = , значения которых приведены в табл. П.3.2.

Строим график зависимости К_у = f(h), с помощью которого находим значение h = 18,5 см, соответствующее требуемому К_у = 0,49.

По формуле (1) Норм определяем расчетную нагрузку:

р = 50×1,3 = 65кН.

Таблица П.3.2

По формуле (10) Норм находим радиус отпечатка колеса при q_ш = = 0,6 МПа:

R = = 18,6 см.

Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна По табл. 10 Норм находим Е_р = 1600 МПа.

Расчет производим в соответствии с пп. 3.36 — 3.42 ВСН 46-83:

1) по формуле (3.12)

Е_ср = (18,5×1600+20×120)/38,5 = 831 МПа;

E_p = 1600 МПа, h_o = 18,5 см;

Е = 120 МПа, h_o = 20 см;

j = 40°, С = 0,006 МПа;

Е_гр = 56 МПа;

j =36°, С = 0,014 МПа,

2) Е/Е = 831/56 = 14,8;

3) = 38,5/33 = 1,17;

4) по номограмме рис. 3.5 (ВСН 46-83) при j = 36°, = 0,013;

5) по номограмме рис. 3.7 (ВСН 46-83) при j = 36°, = ‑0,002 МПа;

6) по формуле (3.14) Т = 0,013×0,6 ‑ 0,002 = 0,0058 МПа;

7) по формуле (3.13) Т_доп = 0,014×0,6×1,25×1,5 = 0,016 МПа;

8) Т_доп/Т = 0,016/0,0058 = 2,76.

Расчет промежуточного слоя (песка) из слабосвязного материала на устойчивость против сдвига

1) Е_ср = Е_р = 1600 МПа;

2) Е₁/ Е₂ = Е_ср/ Е_сл = 1600/120 = 13,33;

3) = 18,5/33 = 0,56;

4) по номограмме рис. 3.5 (ВСН 46-83) при j = 40°, = 0,032;

5) по номограмме рис. 3.7 (ВСН 46-83) при j = 40°, = ‑0,0013 МПа;

6) по формуле (3.14) Т = 0,032×0,6 ‑ 0,0013 = 0,0179 МПа;

7) по формуле (3.13) Т_доп = 0,006×0,6×1,25×6,0 = 0,027 МПа;

8) Т_доп/Т = 0,027/0,0179 = 1,51.

Определение ожидаемых пластических деформаций основания под поперечными швами (расчет уступов)

1. Определяем полудлину и полуширину отпечатка колеса, отнесенного к нейтральной оси плиты, по формулам (35) Норм:

a = 0,87R +0,5h = = 25,3см;

в = 1,15R +0,5h = 36,7см.

2. Находим расчетную длину и ширину эпюр отпора основания: по формуле (32)

+ 26,3 = 224,6 см;

по формуле (33)

+ 36,7 = 236,0 см;

по формулам (34)

= 157,2 см; = 162,2 см.

3. Определяем расчетное давление на основание по формуле (53) Норм:

= = 0,048 МПа.

4. Рассчитываем коэффициенты, учитывающие размеры площадки нагружения по формуле (57) Норм:

;

;

.

5. Определяем допустимые напряжения на поверхности песчаного основания по формуле (56) Норм

q_доп = 1,3(0,737×1,81×1,652×1,9+2,576×8,25 (0,185+0,2)×1,9+

+ 1,315×9,98×0,6)/(1,1×100) = 0,326 МПа.

Поскольку q_расч < q_дoп, условие устойчивости основания против сдвига выполняется.

6. Определяем допустимые напряжения на поверхности грунта земляного полотна (т.е. под слоем песка толщиной 20 см);

= 157,2 + 14 = 171,2 см;

= 165,2 + 14 = 179,1 см;

q_расч = 0,0405 МПа;

q_дoп = (0,734×1,81×1,683×1,9+2,59×8,25 (0,17+0,2)×1,9+

+ 1,32×9,98×1,4) = 0,432 МПа.

Условие устойчивости против сдвига выполняется.

7. Находим величину ожидаемых пластических деформаций основания в местах поперечных швов по формулам (58) Норм:

когда штыревые соединения работают при Е_o = 66,7 МПа, К_д = 1,6,

= 0, Р = 65 кН, т_ст = 0,7, = 165,2 см:

= 0,056 см.

когда штыревые соединения не работают, при К_д = 5,7 и

= 0,61 т_ст = 1, N = 296690 циклов:

= 1,23 см

12. Определяем длину плит (расстояния между швами сжатия по формуле (12) Норм при = 2,96 МПа, В = 150 см:

R = 18,6 см, h = 17 см, К_с = 1:

A = 2×4(18,6 + ) = 412 см.

13. Находим диаметр штырей в швах сжатия:

по формуле (21) при w_шт = 1,5 мм, w_па = 5 мм и Р = 65 кН:

= 41 кН;

по формуле (20) при A_d = 3, R_и = 8×3,6 = 28,8 МПа, К_d = 075, п = 2 и Р_шт = 41 кН:

= 1,5 см » 16 мм.

Длина штырей равна 20×1,5 + 5,0 = 35 см.

Пример 3

Требуется запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании.

Исходные данные:

дорога имеет две полосы движения по 3,5 м при ширине обочины 5 м;

расчетный срок службы покрытия — 15 лет;

расчетная нагрузка на дорожную одежду Р_к = 50 кН;

интенсивность движения расчетной нагрузки на полосу в конце срока эксплуатации дорожной одежды ¾ 1000 ед/сут;

дорожно-климатическая зона — III;

схема увлажнения рабочего слоя — I;

грунт земляного полотна — песок мелкий;

материал покрытия — асфальтобетон на основе БНД 60/90;

материал основания — бетон класса B_вtв 2,8 (Р_ри 35).

Глубина промерзания и уровень залегания грунтовых вод значения не имеют, так как расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется.

Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожной одежды

Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:

1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:

для заданной интенсивности расчетной нагрузки уровень надежности 0,90: К_пр = 0,94;

2) модуль упругости грунта по табл. П. 2.10:

для песка мелкозернистого Е_п = 100 МПа;

3) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П.2.10:

угол внутреннего трения j = 38°, сцепление С_п = 0,005 МПа;

4) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П.1.4.

для бетона B_вtв 2,8, Р_ри 35 МПа, Е = 28000 МПа;

по табл. П.2.8 Е_а = 4500 МПа; R_d = 2,8 МПа.

Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозное воздействие

Расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется.

Расчет необходимой толщины дренирующего слоя

Расчет не производится, так как грунт земляного полотна — песок мелкозернистый.

Назначение конструкции дорожной одежды

Согласно табл. 3 Норм для интенсивности 1000 ед/сут назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:

покрытие — асфальтобетон на основе БНД 60/90; Е_а = 4500 МПа; h_a = 13,5 см;

основание — цементобетон класса B_вtв 2,8, Е_ц/б = 28000 МПа; h_ц/б = 16 см.

Согласно пп. 2.16 и 2.18 длину плит назначаем равной 15 м; продольный шов не устраиваем; поперечные швы устраиваем без штырей.

Проверка расчетом необходимости и достаточности выбранной толщины асфальтобетонного покрытия

По формуле (23) Норм определяем R_d.

По рис. П. 2.3 для N_c = 1000 ед/сут находим Куа = 1.

По формуле (1) вычисляем расчетную нагрузку:

р = р_к×т_д = 50×1,3 = 65 кН.

По табл. П.2.10 для мелкозернистого асфальтобетона находим С_а = 0,2 МПа.

Тогда

МПа.

При С_а = 0 2,8×1,0 > 0,23.

Таким образом, условие прочности для покрытия дорожной одежды выполняется.

Проверка расчетом необходимости и достаточности толщины слоя основания

По формуле (25) Норм определяем эквивалентную толщину слоя:

= 23,3 см.

По формуле (11) Норм рассчитываем упругую характеристику;

= 83,3 см.

По формуле (9) Норм определяем напряжения, возникающие от нагрузки:

при К_м = 1

´

´ = 1,00 МПа.

По табл. П.2.11 для III дорожно-климатической зоны (Курская обл.) находим А_п = 15,5.

Согласно п. 3.19 Норм w = 0,26 рад/ч; а_ta = 0,002 м³/ч; а_tб = 0,004 м³/ч.

По формуле (27) Норм определяем Dt_б:

= 3,52°С.

По формуле (26) Норм вычисляем напряжения от перепада температуры по толщине нижнего слоя:

= 0,49 МПа.

Находим интенсивность движения расчетных автомобилей в 1-й год:

N_о =N/(1 + q)^Т = 1000/(1,05¹⁵) = 481 ед/сут.

По формуле (3) Норм определяем расчетную повторность нагружений:

= 2179651.

По формуле (2) прил. 1 вычисляем коэффициент усталости К_у = 1,08×2179651^-0,063 = 0,43.

По формуле (1) прил. 1 находим:

= 2,8×0,43×1,2 = 1,45 МПа.

По формуле (24) и с учетом данных табл. 5 Норм

= 0,97.

Таким образом, условие прочности для нижнего слоя выполнено.

Пример 4

Требуется запроектировать дорожную одежду со сборным железобетонным покрытием из предварительно-напряженных плит размером 0,14´2´6 м.

Плита рассчитывается как типовая, с учетом возможности ее работы на первой стадии при двухстадийном строительстве, т.е. на земляном полотне из мелкого песка, модуль упругости которого с учетом пластических деформаций (см. п. 3.23) на первой стадии равен 37 МПа, а на второй, после укладки укрепленного слоя основания — 100 МПа (для Западной Сибири).

Нормативную нагрузку принимаем 65 кН на колесо, расчетную Р = 65×1,25×1,25 = 103 кН; давление в шинах q_ш = 0,5 МПа, расстояние между спаренными колесами в¹ = 15 см; расчетную повторность нагружения для типовых плит — 2000 авт/сут, для дорожной одежды — 1000 авт/сут.

Марка бетона плиты 350 (класс В30). Согласно СНиП 2.03.01-84 Е = 29×10³ МПа, расчетная прочность на сжатие = 17,3 МПа, расчетная прочность на растяжение при изгибе = 1,22 МПа.

В продольном направлении применяется арматура Æ 14, А—IV, Е = 190×10³ МПа, расчетная прочность R_s,ser = 600 МПа; в поперечном направлении применяется арматура Æ 5, Вр — I, Е = 170×10³ МПа, R_s,ser = 405 МПа. Предварительное напряжение s_sp = R_s,ser = - 30 - = 510 МПа. Потери предварительного напряжения s_пт = 100 МПа.

Определение количества арматуры в плите

Для определения количества арматуры рассматриваем работу плиты на первой стадии — до появления в бетоне узких “железобетонных” трещин — и на второй стадии — после появления этих трещин.

На первой стадии модуль упругости плиты равен модулю упругости бетона, на второй — определяется по степени раскрытия трещин по формуле (31) Норм. Первоначально задаемся удельным сечением арматуры f_а высотой сжатой зоны х¹.

Для продольного направления (для 5 Æ 14) f_а,х = 0,0385, x¹ = а_o = 4 см и для поперечного f_а,у = 0,0093 см², х¹ = 3 см и а_o = 5 см.

Для продольного направления

= 2694 МПа.

Для поперечного направления

= 183,6 МПа.

По формулам (35) определяем полуширину и полудлину отпечатков колеса а = 29 см и в = 29 см.

По формулам (32) — (34) определяем , , , .

Для первой стадии

= + 29 = 206,6 см; = 206 см;

= 144 см; =144 см;

для второй стадии

= 109 см; = 62 см; = 76,6 см; = 43 см.

Определяем изгибающие моменты на первой стадии (m = 0,17) по формулам (36), (37) и (40) в центре плиты с учетом пластических деформаций основания под краями плит:

в продольном направлении

в поперечном направлении

= = 5,33 кН.

В продольном направлении в центре плиты с учетом работы ненагруженных краевых полос плит по формуле (44) находим:

= 19,8 кН;

на продольном краю плит по формуле (38) (L_y + a не более 2В)

= 29,0 кН;

на поперечном краю в поперечном направлении — 10,6 кН. Определяем изгибающие моменты на второй стадии:

= 19,4 кН; = 4,38 кН; 34,7 кН; 9,04 кН.

Изгибающий момент от монтажных нагрузок при а₁ = 50 см и l = 500 см вычисляем по формуле (46) Норм:

= 16,63 кН.

Определяем количество арматуры на первой стадии. Бетон выдерживает на изгиб М_б = 8,49 кН, поэтому в поперечном направлении армирование (кроме торцов) не требуется.

Для продольного направления находим площадь поперечного сечения арматуры:

,

где s¢_пр — предварительное напряжение, равномерное по толщине плиты, от напряженной арматуры верхней зоны; для арматуры 5 Æ 14, A— IV s¢_пр = 1,237 МПа.

При знакопеременной нагрузке z = 6 см f_a = 6,4 см² (4,2 Æ 14, A—IV).

На второй стадии без учета арматуры верхней зоны

При z = 6 см.

F_а = 12,48 см² (8,1 Æ 14, A—IV).

С учетом арматуры верхней зоны при симметричном армировании

,

где

;

при а¢_o = a_o = 4 см, =19,4 кН, R_в = 17,3 МПа, х¢ = 1,2 см, f_a = 6,45 см² (4,2 Æ 14, A—IV).

При действии монтажных нагрузок изгибающий момент не выше, чем , поэтому отдельно его не рассматриваем.

Определяем количество поперечной арматуры, исходя из второй стадии работы плиты.

В центральной части по длине плиты

,

где а¢_o = a_o = 5 см; x¹ = 1 см (от верха плиты), = 5,4 см² (27 Æ 5, Вр-1).

На торцевых участках, допуская раскрытие узких трещин только до арматуры верхней зоны (z = 5 см), дополнительно к :

,

= 0,97 см² (5 Æ 5, Вр-1 плюс 2 Æ 8, A—III, см. п. 3.20).

Из условия работы арматуры в качестве штырей по формуле (47)

= 2,4 см² (13 Æ 5, Bp-1)

На торце l_тр = 85 см, в центре l_тр = 170 см.

Общее количество стержней равно 26+ = 58 Æ 5, что не превышает ранее определенного количества стержней 27´2+20 = =74 Æ 5.

Определение прочности стыковых соединений

Определяем требуемую и фактическую прочность стыковых соединений для Р = 103 кН, при допустимой величине пластических деформаций (уступов) 3 мм (для цементогрунтового основания) и w_пл = 5 мм для песчаных оснований.

1. Для цементогрунтовых оснований по формуле (21) Норм при -w_ст = 2 мм находим

= 30,9 кН.

Из формулы (48) при R_и = 30 МПа определяем

= 1,6 см.

При расчетной величине напряжения в сварке 75 МПа площадь сечения сварки скоб

= 4,12 см².

2. Для песчаных оснований при w_ст = 2 мм по формуле (21) = 55,6 кН, а по формуле (48) — d = 2,15 см. Площадь сварки скоб E_св = 7,41 см².

Определение величины накапливаемых уступов между плитами

Определяем величину накапливаемых уступов между плитами на первой стадии строительства, т.е. при условии, что стыки не работают, основание не укреплено.

В основании мелкий песок: Е_о = 37 МПа; С = 0,50 т/м², j = 38°. Срок работы покрытия на первой стадии Т = 2 года. Интенсивность расчетной нагрузки для основания 2000 авт/сут. Количество дней с расчетным состоянием основания 80. По формуле (53) Норм определяем q_расч ( = 144 см):

= 0,136 МПа,

По формуле (56) Норм вычисляем q_доп (g = 1,65 т/м³).

Для этого по формулам (57) рассчитываем:

Характеристики

Список файлов стандарта