Розділ 2
Теоретичні дослідження температурної тріщиностійкості асфальтобетонних шарів
армованих синтетичними армуючими сітками
2.1. Розрахункові схеми роботи асфальтобетонних шарів асфальтобетонних шарів
армованих синтетичними армуючими сітками
З метою дослідження температурної тріщиностійкості асфальтобетонних шарів
необхідно отримати аналітичні залежності, що дозволяють прогнозувати
температурні напруження в шарах при коливанні температур в добовому та річному
циклах. Потім, для оцінки температурної тріщиностійкості необхідно вибрати
умову граничного стану, що зможе прогнозувати утворення температурних тріщин в
армованих шарах при дії температурних напружень.
Для вирішення поставлених задач розглядається основна, найпоширеніша
розрахункова схема роботи армованих асфальтобетонних шарів нежорсткого
дорожнього одягу при коливанні температури та встановлюються аналітичні
залежності для прогнозу температурних напружень і визначенні температурної
тріщиностійкості.
При виборі розрахункової схеми роботи армованих асфальтобетонних шарів
нежорсткого дорожнього одягу з точки зору його температурної тріщиностійкості,
виходили з найбільш несприятливих для нього умов появи горизонтальних
нормальних розтягуючих температурних напружень при зміні температури. Приймали
до уваги дані багатьох дослідників про те, що основною причиною утворення
температурних тріщин в асфальтобетонних шарах є температурні розтягуючі
напруження, що виникають в результаті невільного скорочення розмірів шарів при
їх охолодженні і напруження, які виникають внаслідок деформування
тріщинувато-блочної основи.
Розрахункова схема (рис. 2.1) являє собою необмежену по довжині багатошарову
плиту, що опирається на напівпростір (з тертям або без тертя), причому верхні
шари плити є суцільними на всьому протязі, а нижній шар має розриви суцільності
(шви або тріщини). У даному випадку в покритті будуть виникати власні
температурні напруження від неможливості його вільного деформування при зміні
температури. Вони доповнюються напруженнями, що обумовлені температурними
деформаціями плит тріщиновато-блочної основи. При зниженні температури
скорочення плит основи буде викликати стиск частини покриття, розташованого
безпосередньо над плитою і розтяг - над зазорами між плитами основи.
Рис. 2.1. Розрахункова схема армованих асфальтобетонних шарів на температурну
тріщиностійкість
2.2. Визначення температурних напружень в армованих асфальтобетонних шарах
нежорсткого дорожнього одягу
2.2.1 Дослідження температурного режиму в шарах дорожнього одягу
Температура асфальтобетонних шарів і режим її зміни впливають на властивості
асфальтобетону, його термонапружений стан [6, 182, 183], а значить і на його
тріщиностійкість. Також напружений стан в шарах дорожнього одягу залежить від
в’язкопружних властивостей основи. Ці властивості багатьох матеріалів, у свою
чергу, залежать від температури (матеріал на основі органічних в'яжучих;
ґрунти, піски та ін., властивості яких змінюються при замерзанні води, що
міститься в них).
Тобто для розглянутої розрахункової схеми роботи армованих асфальтобетонних
шарів нежорсткого дорожнього одягу, з метою визначення температурних напружень,
необхідно знати режим зміни температури всіх шарів покриття та основи. Відомі
результати теоретичних і експериментальних досліджень свідчать, що на
температурний режим асфальтобетонного покриття впливають дві основні гармоніки
- зміна температури в річному та добовому циклах коливань.
Визначимо зміну температур в асфальтобетонних шарах дорожнього одягу.
Температурний режим покриття визначається зміною температури навколишнього
середовища. Для визначення температури шарів на будь-якій глибині Z у будь-який
момент часу t була, як вихідна, прийнята залежність, яка враховує гармонійний
закон зміни температури їх поверхні. У даному випадку для опису температурного
режиму асфальтобетонних шарів використовували залежність
, (2.1)
де Т0 – середньорічна температура покриття;
АС, щС – відповідно амплітуда і кругова частота добових коливань температури
поверхні покриття;
АГ, щГ – те ж річних коливань температури поверхні покриття;
а – коефіцієнт температуропроводності матеріалу шару;
t – час.
Подібна залежність використовувалася в роботах [6, 182, 183] з метою опису
температурного режиму різних шарів дорожніх конструкцій.
Для визначення значень Т0 і АГ скористаємося методом, прийнятим згідно [184].
Середня температура поверхні покриття визначається за виразом
, (2.2)
де – відповідно середньомісячна температура поверхні покриття в самому теплому
і самому холодному місяці.
Температури знаходяться за формулами
(2.3)
де К1 і К2 – коефіцієнти, що характеризують вплив шарів дорожнього одягу, що
знаходяться нижче, на температуру поверхні покриття;
– середньомісячна температура повітря відповідно самого теплого і самого
холодного місяця.
Максимальні і мінімальні середньомісячні температури повітря визначаються за
формулами
, (2.4)
де - середньорічна температура повітря; - амплітуда коливання температури
повітря.
Значення визначається із рівняння
, (2.5)
де - багаторічна від середньорічних температур повітря (назначається за
довідковими даними);
- середньоквадратичне відхилення значення середньорічної температури повітря
від багаторічної норми;
- коефіцієнт нормованого відхилення, що залежить від ступеню надійності.
Амплітуда температури повітря Аb знаходиться за залежністю
, (2.6)
де - значення амплітуди річного коливання повітря за багаторічними даними
(назначається за довідковими даними);
- середньоквадратичне відхилення амплітуди
- Київ+380960830922