Совершенствование метода расчета дорожных конструкций с учетом особенностей их работы в условиях Сибири : На примере Ханты-Мансийского округа

• Автор: Сибагатулин, Равиль Авальевич
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 112 с. : ил

Введение и общая характеристика работы.

1. Особенности работы дорожных конструкции в условиях ХМЛО

2. Цель и задачи исследованийу.

3. Аналитические исследования методологии назначении дорожных

конструкций и их прочности

3.1.Предельные состояния дорожных конструкций и критерии динамической прочности.

3.2.Методы учета количества воздействий транспортных средств на дорожные конструкции

3.3.Нагрузки от колесных транспортных средств и динамические напряжения в покрытиях

3.4.Температурный режим и деформативные свойства асфальтобетонных покрытий дорожных конструкций в условиях ХМАО.

4. Динамическое напряженнодеформированное состояние

слоистой среды

4.1.Метод расчета динамического напряженнодеформированного состояния слоистой среды и толщины дорожной конструкции.
4.2.Динамическое поведение дорожных конструкций с мягкими теплоизолирующими слоями
4.3.Требования к динамической прочности и дорожные конструкции
для условий ХМАО.
5. Особенности мониторинга динамической прочности и состояния
дорожных конструкций в ХМАО.
6. Достоверность и экономическая эффективность результатов
исследований.
Библиографический список
Приложения.
Введение и общая характеристика работы
В начале 3го тысячелетия в России накоплен более чем ти летний опыт дорожного строительства. Ом включает строительство и эксплуатацию главного элемента дорог дорожных одежд или дорожных конструкций, обеспечивающих основные потребительские свойства проезжаемость, ровность, безопасность автомобильного движения и его эффективность. В течение этого периода возникали различные и многочисленные подходы и концепции к обоснованию размеров дорожных конструкций и их прочности. Значение дорожных конструкций в дорожной сети России, необходимость их совершенствования путем исследований их работы и создания аналитического аппарата для обоснования их прочности и устойчивости трудно переоценить, хотя бы потому, что к году из общей сети дорог в 9,5 тыс. км стоимость дорог России общего пользования в 4,4 тыс. км составляла ,6 млрд. руб. млрд. . Эта существенная доля в национальном богатстве России будет возрастать, так как минимальный дефицит протяженности дорог Российской Федерации составляет 0 тыс. км. из которого будет строиться интенсивно. Опыт реализации президентской программы Дороги России за годы показал, что ежегодно в России сеть дорог с твердым покрытием может прирастать на тыс. км. И эта дорожная отрасль на 1 млрд. руб. возвращает России в виде прироста валового регионального продукта от 6 до млрд. руб.
Особенностью дорожного строительства до года и далее будет по планам Министерства транспорта РФ увеличение протяженности многополосных дорог до 8 тыс. км автомагистрали, дороги 1 категории, что предает проблеме динамической устойчивости дорожных конструкций особое значение.
Таким образом, совершенно очевидно социальное и экономическое значение дорожных конструкций и всего, что связано с увеличением их надежности долговечности и высокими потребительскими качествами.
Сибирь обширная территория Российской Федерации, со специфическими природными и погодноклиматическими условиями, влияющими в основном отрицательно па эффективную и безопасную работу автомобильного транспорта на автомобильных дорогах. Повышение эффективности автомобильного транспорта на дорогах путем создания надежных дорожных конструкций и норм их прочности является крупной народнохозяйственной проблемой, решение которой дает существенный экономический и социальный эффект. Проблема может быть решена путем исследований и анализа условий работы автомобильных дорог в отдельном административном образовании РФ и наиболее характерном экономически развивающимся регионе Сибири. Этим требованиям отвечает ХантыМансийский автономный округ ХМАО, в котором и вместе с близлежащим ЯНАО сконцентрирована добыча газа и нефти России . На примере развивающейся сети автомобильных дорог этого района Сибири и выполнено настоящее исследование.
Следует отметить, что настоящее исследование основано в значительной степени на базе идей и концепций в области статической прочности дорожных конструкций созданных учеными Н.Н.Ивановым 1, А.М.Кривисским, М.Б.Корсунским, В.Д.Казарновским , в области устойчивости земляного полотна дорог И.А.Золотарем , В.М.Сиденко , В.Н.Ефименко, теплового режима конструкций и надежности В.Н.Шестаковым и др. В части динамики дорожных конструкций настоящее исследование базируется на работах Ю.М.Яковлева, Б.С.Радовского , ., А.В.Смирнова 9, , , , 3, 9, С.К.Иллиополова 2. Следует отметить, что ориентация настоящего исследования на проблему динамической прочности дороги вызвана даже не региональными задачами дорожного строительства в ХМАО, а имеет причины общероссийского масштаба среди которых главными являются
изменение числа и содержания критериев прочности слоистых дорожных конструкций
расширение аналитической базы инженерных расчетов дорожных конструкций теории упругости до теории упруговязкопластического деформирования слоистых сред
увеличение колесной нагрузки от автотранспортных средств, числа осей в автопоездах и особенно скоростей движения до 0 кмч
формирование волнового поля напряжения и деформации при кратковременном или ударном загружении слоистой дорожной конструкции, для описания которого недостаточно уравнений статики или квазистатики
потребность в высокой точности и качестве инженерных расчетов дорожных конструкций в связи с их значением в обосновании геометрических размеров и увеличения точности работы дорожностроительных машин и комплексов.
Отдельные вопросы прочности и устойчивости дорожных конструкций для условий Сибири решались в работах Шкуловой Н.Г., Малышева , Агалакова Ю.А. 9, Косенкова , Александрова ,,, Хвоинского 6, результаты которых также получили применение в настоящей работе.
Первые обобщенные результаты многолетних исследований поведения дорог в ХантыМансийском автономном округе, проведенные в СибАДИ были опубликованы в г. 9. Уже тогда был установлен объем тяжелого грузового автотранспорта на дорогах в составе транспортных потоков до , скорость его движения, изменения интенсивности движения во времени, методика мониторинга состояния сборных покрытий дорог, а также типичные ровности, трещинопораженность и прочность дорожных конструкций на земляном полотне со слабыми грунтами в основании. Настоящее исследование в значительной степени используют эти результаты в СибАДИ.
Дорожная сеть ХМАО к г. составляла около 0 км, из которых 1 0 км дороги федерального и территориального значения, а остальные являются собственностью нефтяных компаний. Для территории ХМАО в 0 тыс.
кв. км, населения около 1,2 млн. чел., 0 тыс. единиц автотранспорта удельные показатели плотности дорог довольно невысокие. Сеть дорог в 1 0 км., из которой вновь строится ежегодно до 0 км до , реконструируется до км 2 , ремонтируется 0 0 км до и находится в постоянной эксплуатации, то есть содержится почти 1 0 км до рассматривается как постоянно динамично развивающаяся система, требующая и развивающихся методов обеспечения се прочности и устойчивости.
К этому следует добавить некоторую нсдостроенность и неполное доведение дорог до требований современных потребительских качеств. Достаточно полно эту причину описал инженер Бец В.А. ДДХМАО . Поскольку дороги не создают продукта, а лишь служат его перемещению, то и воспринимались они до последнего времени как некоторая затратная инфраструктура на которой можно экономить. В результате уменьшалась относительно расчетной, ширина проезжей части дорог, исключалось укрепление прикромочной полосы. Все это вело к снижению скорости движения, росту числа ДТП, быстрому разрушению дорог и нарушению экологического равновесия в природе. Снижение скорости движения, в свою очередь, вызвало необходимость увеличивать количество транспортных средств и число водителей, что неизбежно привело к повышению числа проживающих на территории округа и необоснованному росту социальной инфраструктуры в Западной Сибири. Подобная экономия капитальных вложений вела к исключительно высоким затратам на ремонт дорог, содержанию транспортных средств, существенно замедляла процесс развития производительных сил в округе. Естественно, что это породило необходимость реконструкции дорог уширения и усиления, которые также должны осуществляться квалифицировано и быть научно обоснованы. Все это позволяет сформулировать и общую характеристику настоящей работы.
Актуальность


Актуальность работы состоит в совершенствовании метода расчета дорожных конструкций, учитывающего их динамику и таким образом в создании конструкций, отвечающим нормам динамической прочности. Объект исследования Конструкция проезжей части автомобильных дорог, включающая дорожную одежду и активную зону грунта земляного полотна. Предмет исследования Динамическое напряженнодеформированное состояние и нормы прочности дорожных конструкций. Научную базу теоретических исследований составляют аналитическая модель загружения слоистой среды подвижной колесной нагрузкой и модель развития в ней во времени динамического напряженнодеформированного состояния. Экспериментальную базу составляют крупные эксперименты США, а также СибАДИ в ХМАО. Достоверность научной базы, положений и результатов исследований модели динамического напряженнодеформированного состояния слоистой среды основаны на физически обоснованных законах волновой динамики, а результатами экспериментов США пользуется большинство стран мира и подтверждается результатами настоящих исследований. Научная новизна состоит в разработке модели динамического нагружения слоистой среды и создании норм динамической прочности и дорожных конструкций проезжей части дорог и автомагистралей ХМАО. Личный вклад автора состоит выполнение анализа исследований разрушающего влияния мягких слоев на основания и покрытие под действием подвижной нагрузки, установлении достоверных критериев прочности дорожных конструкций для ХМАО, изучении особенностей работы дорог в ХМАО, развитии идеи профессора Смирнова о динамическом НДС слоистой среды. Реализация результатов работы осуществлена на объектах дорожного строительства ХМАО, путем строительства в г. Практическая значимость результатов исследований состоит в разработанном динамическом методе расчета дорожных конструкций и и дорожных конструкциях для условий ХМ АО. Апробация работы осуществлена на I РоссийскоГерманской конференции по проблемам безопасности движения Омск, май г. Строительство и эксплуатация дорог СибАДИ в г. Северавтодора. Публикации результаты исследований опубликованы в 6ти статьях. Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и заключения, имеет библиографический список из 0 наименований. Объем диссертации 3 стр. Дорожные конструкции автомобильных дорог ХантыМансийского национального округа начиная с х годов прошлого века притерпели существенные изменения. Первые конструкции состояли из сборных преднапряженных и обычных железобетонных привозных плит на песчаных и укрепленных основаниях и устраивались в районах непосредственной нефтегазодобычи. Эти дороги, как правило, прокладывались в труднодоступных местах болота, озера, поймы рек со сложными и тяжелыми грунтовогеологическими условиями. В основании насыпей этих дорог, как правило, залегали слабые болотные грунты торфы или илы или переувлажненные грунты. К настоящему времени с развитием сети дорог, созданием поселков и городов, прокладкой железных дорог, развитием строительной индустрии дорожные конструкции автомобильных дорог устраивают жесткого и нежесткого типов с асфальтобетонными покрытиями. Тем не менее температурный режим асфальтобетонных покрытий остается неясным, не исследованным и поэтому механические свойства асфальтобетонов зависящие от температур назначаются без учета реального режима и это вносит ошибку при определении требуемой толщины покрытий. Следующей особенностью работы дорожных конструкций в условиях ХМАО является обращение по дорогам значительного количества транспортных средств многоосных и автопоездов в основном загружающих правые полосы движений дорог. Существующая практика приведения числа воздействий на дорожные конструкции транспортных средств различной грузоподъемности к числу воздействий расчетного автомобиля в России это двухосный грузовой автомобиль с нагрузкой на ось 0 кН и определения на этой основе требуемой прочности и толщины дорожной конструкции и наблюдения за ее эксплуатацией показывают, что конструкции разрушаются в объемах прямо пропорционально величине нагрузки от тяжелого транспортного средства.