Теоретические и методологические основы оценки остаточного усталостного ресурса асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог

• Автор: Углова, Евгения Владимировна
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 371 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ методов расчета усталостной долговечности нежестких дорожных конструкций и асфальтобетонных покрытий.
1.2 Принципы и основные положения оценки остаточного усталостного ресурса эксплуатируемых асфальтобетонных покрытий.
1.3 Экспериментальные методы оценки состояния элементов дорожной конструкции на стадии эксплуатации
1.4 Учет динамического воздействия транспортных средств при расчете усталостного ресурса асфальтобетонных покрытий.

1.5 Общие выводы, цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НДС НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

2.1 Модели деформирования дорожных конечрукций при динамическом воздействии.

2.1.1 Пространственная модель для расчета характеристик динамического НДС системы.

2.1.2 Моделирование НДС дорожных конструкций методом конечных элементов
2.1.3 Физические модели деформирования материалов
2.1.4 Моделирование воздействия транспортных средств
на дорожную конструкцию.
2.1.5 Особенности воздействия многоосных транспортных средств.
2.2 Особенности деформирования различных конструкций нежестких дорожных одежд.
2.3 Анализ влияния реальных условий эксплуатации на величину растягивающих напряжений в асфальтобетонных покрытиях.
2.3.1 Климатические факторы
2.3.2 Эксплуатационное состояние элементов дорожных конструкций
2.4 Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными характеристиками деформирования дорожных конструкций в реальных условиях эксплуатации.
2.4.1 Стационарные пункты наблюдения.
2.4.2 Анализ результатов численного и натурного экспериментов
Выводы по 2й главе.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА СТАДИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО РАСЧЕТА
3.1 Теоретические предпосылки решения обратной задачи.
3.2 Анализ динамического деформирования дорожной
конструкции при ударном воздействии.
3.2.1 Особенности расчета характеристик деформирования дорожной конструкции при ударном воздействии.
3.2.2 Влияние модулей упругости элементов дорожной конструкции на процесс формирования чаши прогиба во времени
3.3 Разработка экспериментального метода определения чаши максимальных динамических прогибов дорожной конструкции.
3.3.1 Виброизмерительный комплекс
3.3.2 Малогабаритная установка ударного нагружения.
3.3.3 Методика проведения экспериментальных работ
3.4 Результаты восстановления чаши максимальных динамических прогибов на эксплуатируемых автомобильных дорогах по экспериментальным данным.
3.5 Алгоритм и примеры реализации метода обратного расчета модулей упругости элементов дорожных конструкций эксплуатируемых автомобильных дорог.
Выводы по 3й главе
4 ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
4.1 Анализ современного состояния транспортного потока и возможности его учета при расчете усталостного ресурса асфальтобетонных покрытий
4.2 Моделирование динамического воздействия транспортных средств на дорожную конструкцию
4.2.1 Модель взаимодействия автомобиль дорожное покрытие.
4.2.2 Определение параметров, характеризующих уровень динамического воздействия на дорожные конструкции
4.3 Исследование динамического воздействия транспортных средств на эксплуатируемых автомобильных дорогах.
4.3.1 Влияние скоростных реэюимов движения
4.3.2 Влияние грузоподъемности транспортного средства
на коэффициент динамичности.
4.3.3 Влияние ровности дорожных покрытий
4.4 Расчет динамических нагрузок от транспортного потока с
учетом ровности покрытия и скоростных режимов движения
Выводы по 4й главе
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО УСТАЛОСТНОГО РЕСУРСА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ .
5.1 Модель накопления усталостных повреждений асфальтобетонных покрытий
5.1.1 Моделирование погодноклиматических условий эксплуатации.
5.1.2 Моделирование эксплуатационного состояния элементов дорожной конструкции.
5.1.3 Моделирование транспортных нагрузок
5.1.4 Предельные значения показателя усталостных разрушений асфальтобетонных покрытий
5.1.5 Примеры расчета накопления усталостных повреждеиий асфальтобетонных покрытий
5.2 Расчет остаточного усталостного ресурса эксплуатируемых
асфальтобетонных покрытий
Выводы по 5й главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Суммарное воздействие транспортного потока на дорожную конструкцию в различные периоды года рассчитывается с учетом данных интенсивности движения, состава транспортного потока 1. На основе расчетных данных, полученных при моделировании динамического напряженнодеформированного состояния дорожной конструкции, выполняется прогнозирование накопления усталостных повреждений асфальтобетонных покрытий. Входными параметрами модели накопления усталостных повреждений являются растягивающие напряжения, возникающие в асфальтобетонном покрытии при проезде расчетного автомобиля с заданной скоростью движения в различные периоды года, и суммарное количество приложений транспортной нагрузки за указанный период времени с учетом реального динамического воздействия. Разработанная модель используется для расчета доли усталостных повреждений, накопленных за период эксплуатации, а также для расчета остаточного ресурса асфальтобетонных покрытий по критерию усталостного разрушения. Учитывая, чю накопление усталостных разрушений асфальтобетонных покрытий в различные периоды эксплуатации вследствие сезонных колебаний климатических факторов, изменения характеристик транспортного потока протекает неравномерно, для объективной количественной оценки усталостных разрушений необходимо выполнять последовательное суммирование повреждений, образующихся в слоях покрытия при заданных климатических условиях и реальных транспортных нагрузках, в течение всего срока службы. Для решения поставленной задачи необходимо использовать метод математического моделирования, позволяющий на базе современных программных комплексов с достаточной точностью выполнять большой объем вычислений. В условии возрастающих с каждым годом транспортных потоков на автомобильных дорогах вопросы оценки состояния элементов дорожных конструкций приобретают первостепенную важность. Современные методики оценки остаточного ресурса эксплуатируемых асфальтобетонных покрытий также должны базироваться на оценке состояния дорожных конструкций в процессе эксплуатации и на исследовании их напряженнодеформированного состояния при действии транспортных нагрузок. Таким образом, цель экспериментальных методов оценки состояния дорожных конструкций на стадии эксплуатации заключается в выявлении наиболее ослабленных элементов дорожной конструкции, а также в определении расчетных характеристик конструктивных слоев дорожной одежды на текущем этапе эксплуатации. Наиболее распространенные методы оценки прочности и работоспособности дорожных одежд основаны на измерении упругой вертикальной деформации, возникающей под нагрузкой, достаточно близкой к нагрузке от колеса расчетного автомобиля. При статическом нагружении дорожной одежды 3, , , 0, на1рузку передают1 через жесткий штамп, площадь которого близка к площади отпечатка колеса расчетного автомобиля. Широкое распространение данного метода ограничивается его малой производительностью испытания в день. Кроме того, нагрузка прилагается статически, что существенно отличается от реальных условий работы одежды. Стремление повысить производительность оборудования при проведении полевых испытаний, а также приблизить эти испытания к реальным условиям работы дорожных одежд, привело к разработке метода, в котором испытательной нагрузкой является грузовой автомобиль типа МАЗ, близкий по параметрам к расчетному автомобилю 4, 8. Для измерения обратимых прогибов поверхности покрытия используют рычажные прогибомеры например, модели КН4. Общим недостатком всех статических методов является невозможность оценки подобными средствами способности дорожной конструкции воспринимать динамическое воздействие движущегося транспортного средства. I фактическое применение при оценке прочности дорожных одежд в России находят различные конструкции установок динамического нагружения. Наиболее распространнными в нашей стране являются установки типа УДНН, УДННК и ДинаЗМ 3, , 6, 2 авторами которых являлись В. К.Апестин, А. П.Васильсв, Ю. М.Яковлев, М. С.Коганзон, А. М.Стрижевский, и др. Возникающее при сбрасывании груза динамическое усилие до кН близко по величине и длительности действия 0, 0, с к нагрузке от колеса движущегося расчтного автомобиля.