Моделирование и расчет армированных многослойных плит на упругом основании

• Автор: Матвеев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.23.17, 05.23.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 391 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ АРМИРОВАННЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ СИСТЕМАХ И СВОЙСТВАХ АРМИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИМЕРЕ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Геосинтетические материалы в дорожных конструкциях

1.2 Элементы дорожных конструкций и виды их армирования.

1.2.1 Армирование земляного полотна

1.2.2 Армирование откосов и подпорных стенок

1.2.3 Армирование слоев дорожных одежд

1.3 Армирование грунтов объемными георешетками

1.3.1 Характеристики георешеток

1.3.2 Методы расчета и результаты испытаний несущих конструкций с применением объмных георешеток .

1.4 Армирование грунтов плоскими георешетками и геосетками

1.4.1 Свойства плоских георешеток и геосеток, применяемых
для армирования дорожных конструкций.
1.4.2 Методы расчета и результаты испытаний армированных конструкций с применением плоских георешеток и геосеток
1.5 Экспериментальное исследование упругих постоянных материала объмной георешетки СеоуеЬ
1.6 Результаты и выводы по 1 главе
РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ УПРУГОГО СЛОЯ, АРМИРОВАННОГО ОБЪМНЫМИ И ПЛОСКИМИ ГЕОРЕШЕТКАМИ ИЛИ ГЕОСЕТКАМИ
2.1 Построение расчетной модели грунта, армированного объемной георешеткой
2.1.1 Общая схема построения расчетной модели
2.1.2 Преобразование составляющих деформаций к новым
2.1.3 Модель грунта, армированного объмной георешеткой.
2.2 Влияние структуры армирования на физикомеханические свойства композита грунт георешетка
2.2.1 Геометрические параметры армирующей структуры.
2.2.2 Модели деформирования армированного упругого слоя
2.2.3 Анализ результатов численного решения
2.3 Расчетная модель грунта, армированного объемной георешеткой веомеЬ
2.4 Модель упругого слоя, армированного плоской георешеткой
или геосеткой
2.5 Опытное исследование свойств оснований дорожных одежд, армированных геосинтетическими материалами.
2.5.1 Цель исследований и виды испытаний
2.5.2 Виды и методики испытаний.
2.5.3 Результаты испытаний.
2.5.4 Результаты оценки состояния дорожных одежд и общие выводы.
2.6 Результаты и выводы по 2 главе.
ТЕОРИЯ ИЗГИБА МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛИТ С РЕШЕТЧАТЫМ АРМИРОВАНИЕМ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ
3.1 Расчетная модель многослойной конструкции, армированной геосинтетическими материалами, в виде полиармированной
3.1.1 Основные геометрические, физические и статические
соотношения.
3.1.2 Энергия упругой деформации многослойной плиты.
3.1.3 Вывод дифференциального уравнения изгиба полиармированной плиты.
3.2 Решение дифференциального уравнения изгиба полиармированной плиты без учета сил трения
3.3 Изгиб полиармированной плиты с учетом сил трения
3.4 Расчет многослойной плиты, армированной плоскими георешетками.
3.5 Напряжения в полиармированной плите
3.6 Результаты и выводы по 3 главе.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИ ОБОБЩЕННОГО ПЛОСКОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ, АРМИРОВАННОЙ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ.
4.1 Основные соотношения для многослойной конструкции переменной ширины.
4.2 Решение уравнений совместности для многослойной конструкции постоянной ширины.
4.3 Граничные условия и условия сопряжения слоев.
4.3.1 Ортотропный материал
4.3.2 Изотропный материал.
4.3.3 Условия сопряжения слоев из ортотропного и изотропного материалов
4.4 Расчет однослойной конструкции.
4.4.1 Ортотропный материал
4.4.2 Изотропный материал.
4.5 Расчет двухслойной конструкции.
4.6 Расчет грунтового полупространства, армированного объемной георешеткой, методом конечных элементов
4.7 Результаты и выводы по 4 главе
ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ МНОГОСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ С РЕШЕТЧАТОЙ ПЛИТОЙ В ОСНОВАНИИ.
5.1 Модель приведенных жесткостей.
5.2 Стендовые и натурные испытания конструкций дорожных одежд с решетчатой плитой в основании
5.2.1 Оборудование и методика исследований.
5.2.2 Результаты экспериментальнотеоретических исследований
5.3 Решетчатая плита как система перекрстных балок на упругом основании
5.3.1 Модель перекрестных балок на упругом основании
5.3.2 Потенциальная энергия стержня, работающего в условиях сложного сопротивления.
5.3.3 Построение локальной матрицы жесткости.
5.3.4 Локальный вектор узловых нагрузок
5.3.5 Расчтная модель балки на упругом основании
5.3.6. Формирование глобальной матрицы жсткости
конструкции.
5.3.7 Глобальный вектор свободных членов
5.3.8 Результаты численного решения
5.3.9 Оценка влияния конструктивных параметров решетчатой плиты на е жесткость
5.4 Модель с использованием объмных конечных элементов
5.5 Расчет конструкции дорожной одежды с решетчатой плитой в основании с использованием объемных конечных элементов.
5.6 Результаты и выводы по 5 главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Армирование объмными георешетками нежестких дорожных одежд с покрытием из материалов, обработанных вяжущим, и основанием из зернистых материалов может выполняться в соответствии со схемами, представленными на рис. При однослойном армировании георешетка может размещаться либо в верхнем слое основания рис. При этом толщина армируемых слоев основания как правило на см превышает высоту георешетки для создания защитного слоя, обеспечивающего сохранность георешетки в процессе строительства. Между слоями основания может устраиваться разделительная прослойка из геотекстиля рис. Рис. Схемы размещения армирующих структур в слоях дорожной одежды. Рис. Армирование с нижней стороны слоя основания из необработанного материала щебень, гравий. I верхний слой из материалов, обработанных вяжущим 2 нижний слой из необработанных материалов 3 армирующий слой 4 земляное полотно с недостаточной несущей способностью. Армирование верхних слоев дорожной одежды используется для борьбы с температурными трещинами, отраженными трещинами, а также для повышения сдвигоустойчивости асфальтобетонного покрытия. Отраженные трещины возникают в слое асфальтобетона, уложенном на цементобетонное основание, в местах, расположенных непосредственно над стыками цементобетонных плит или над трещинами в плитах рис. Термин отраженные связан с природой данного явления, которое заключается в передаче или отражении трещин из нижележащего слоя в вышележащий. Как правило, причиной подобных трещин являются температурные воздействия ,. Рис. Как показал опыт эксплуатации асфальтобетонных покрытий, армированных синтетическими материалами, в США и странах Европы в большинстве случаев скорость процесса трещинообразования значительно снижается, а срок службы покрытия возрастает на лет. По данным РосдорНИИ, средний срок службы асфальтобетонных покрытий на федеральных дорогах РФ составляет примерно 5 лет. Таким образом, армирование асфальтобетонных покрытий синтетическими материалами в перспективе может повысить срок их службы на 0 8. Проблема повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий на цементобетонном основании довольно часто решается с помощью трещинопрерывающих прослоек на основе сетчатых полотен типа полифельт, РвМб, аяс1, ССНпМ, ТепБаг, НаТеЙ и др. Одной из нетрадиционных конструкций дорожных одежд является конструкция, верхний слой основания которой представляет цементобетонную решетчатую плиту с овальными в плане и конусообразными по высоте отверстиями. Особенностью данной конструкции является то, что соседние отверстия обладают обратной конусностью. Это позволяет материалам соседних ниже и вышележащих слоев заполнять пустотелые конусные отверстия со стороны более широкого основания, создавая тем самым некую композитную плиту рис. Рис. Конструкция дорожной одежды с решетчатой плитой в основании. Верхний слой асфальтобетон, играющий роль выравнивающего и защитного слоя. Средний слой сборная цементобетонная рештчатая плита. Нижний слой искусственное основание, обеспечивающее совместно с рештчатой плитой передачу усилий на грунтовое основание. В качестве искусственного основания может использоваться цементогрунт. Грунтовое основание это подстилающие грунты из местного или привозного материала. Овальная форма отверстий принята из соображений обеспечения наименьшей концентрации локальных напряжений вокруг них. В конце х годов на основе исследований лаборатории Инженерных войск США фирма разработала сотовую георешетку рис. Рис. Объмная георешетса . В развернутом виде полосы образуют стенки ячеистой конструкции, которая заполняется тем или иным минеральным заполнителем. Глубина ячеек может быть различной, в зависимости от расчетных критериев нагрузки и структуры материаловзаполнителей и грунтов. Впервые результаты по использованию решеток доложены на Втором Международном конгрессе по геотекстилю в г. ЛасВегасе 6. Георешетка представляет собой модульную сотовидную конструкцию из сварных полиэтиленовых полос с высокой прочностью на растяжение. Содержание в полиэтилене 2 сажи предотвращает окисление материала под воздействием солнечной радиации.