Дорожная конструкция Советский патент 1986 года по МПК E01C5/00 

Изобретение относится к дорожному строительству.

Цель изобретения - повышение несущей способности и долговечности, а также снижение энергозатрат на движение автомобиля.

На фиг. 1 изображена предлагаемая дорожная конструкция, разрез.

Конструкция состоит из покрытия 1 и основания 2, уложенных на подстилающий слой 3, который лежит на отражающем экране 4, расположенном на земляном полотне 5. Поверхность отражающего экрана 1 выполнена пилообразной с углом наклона каждого зуба Y относительно пов ерхности земляного полотна, определяемым по формуле:

arcsin(j

-+arctg(V/Co),(:

(Со/у)% 1

де Y - угол наклона зуба отражающего экрана, град;

у - скорость движения расчетного автомобиля, м/с;

Со - скорость распространения волн напряжений в дорожной конструкции, м/с.

Общая толщина дорожной конструкции определяется по формуле

(1 + 1/со57),(2)

где п - ряд натуральных чисел;

л - длина волны напряжений, м, причем

, где t - время проезда автомобиля через

точку напряжения, с. Для изготовления экрана можно использовать цементо- и асфальтобетоны и другие плотные материалы.

При воздействии колеса 6 автомобиля на покрытие 1 в дорожной одежде возникают напряжения, которые двигаются в сторону земляного полотна 5. Дойдя от отражающего экрана 4, они отражаются и через некоторый момент времени достигают точки К. В течение этого промежутка времени колесо 6 автомобиля также приходит в точку К. При этом приход отраженной волны напряжения в одной фазе с последующим

нагружением приводит к снижению па- пряженного состояния дорожной одежды вследствие создания противонапряженного состояния и к облегчению перекатывания колес вследствие отсутствия или значительного уменьшения под ним прогиба дорожной одежды.

Расчет угла у осуществляется по следующей схеме.

Вначале рассчитывается общая толщина дорожной одежды по известным методикам Затем определяется угол у по формуле (1) При известных величинах угла и общей толщины дорожной одежды Н вычисляют требуемую фазу прихода волны на

0

пряжения в заданную точку покрытия путем задания соответствующего п, используя при этом приведенные зависимости (2) и (3). Если при заданном Я, Y и п волна напряжений придет в противофазе, то изменя- ют толщину дорожной одежды. После чего расчеты повторяют снова. Таким образом, расчеты повторяют до тех пор, пока волна напряжений не придет в данное место в фазе колебания, приходящейся на макси- мум отраженного напряжения.

На участках автомобильных дорог, где использована предлагаемая дорожная конструкция, необходимо указать допустимые интервалы скоростей, так как при снижении или превышении скорости колеса автомо- 5 били попадают не на гребень волн напряжений, а во впадину, что приводит к перерасходу горючего и быстрому разрущению дорожной конструкции. При торможении (на перекрестках, остановках) автомобиль, попадая во впадину быстрее гасит свою скорость.

Пример. Проведем расчет угла наклона зуба отражающего экрана. Вначале определяется толщина слоя дорожной одежды Я. Примем следующую конструкцию дорожной 5 одежды:

Z - асфальтобетон верхнего слоя: hi

0,05 м; , 1000 МПа, ,6-10 кг/м

Z - асфальтобетон нижнего слоя: 2

0,10 м, МПа, ,4.10- кг/м ;

Z - щебень извес1няковый, обработанный

0 цементом 3%, ,34, МПа,

,2-10 кг/м

Скорость распространения волны напряжений в слоях дорожной одежды определяют по формуле:

С,,-/р,,

5 где , - модуль упругости /-го слоя; р, - плотность (-ГО слоя. Подставляя численные значения , и р, в формулу (4) получают значение скорости распространения волн напряжений в слоях до- д рожной одежды:

С1 л/1000 0 /2,6. м/с;

С; :У800.,4. м/е;

.,2. м/с.

Скорость прохождения волн напряжения

через все слои дорожной одежды определя

тся по формуле

.Vrh,/J:hi . (5) Подставляя числовые значения в формуу (5), получают значения

Co(Cl-/I| + C2/l2+C3-/l3)/(/tl-f/Z2 + ft3)

(620.0,054-570 -0,1 -1-522 0,34X0,05+0,1 + +0,34)541,8 м/с.

Для скорости движения транспортного средства км/ч или 16,67 м/с. Подставляя числовые значения в формулу (1) определяют угол наклона .

Для увеличения срока службы автомобильной дороги (уменьшения внутренних динамических напряжений в дорожной одежде) необходимо, чтобы отраженная волна

приходила в место контакта в противо- фазе с последующим нагружением, т. е. п выбирается из ряда 0,5; 1,5; 2,5; 3,5 и т. д.

Длину волны напряжения получаем по формуле (3).

Время нагружения можно определить из выражения:

t T-d/D,

где Т - длительность действия нагрузки в каждой точке поверхности известного покрытия 1 для скорости в пределах 40- 60 км/ч для грузовых автомобилей ,02- 0,03 с. Допустим, ,02 с, длина площадки контакта колеса с дорогой D 0,35 м, длина площадки контакта колеса с дорогой, на которой происходит возрастание напряжения d 0,006. Согласно формуле (6) / 0,00035 с, согласно формуле (3) Х,0,190 м. Если ,5, согласно формуле (2) Я 0,428 м. Толщина слоев дорожной одежды: асфальтобетон верхнего слоя h 0,05 м; асфальтобетон нижнего слоя /i2 0,10 м; щебень известняковый, обработанный 5%-ным цементом /гз 0,278 м; общая толщина слоев Н 0,428 м.

Таким образом, при данной конструкции волна напряжения от колеса автомобиля проходит через слой дорожной одежды, отражается от экрана и приходит в место контакта колеса в противофазе, что приводит к гашению волны, уменьшению внутренних динамических напряжений в дорожной одежде и увеличению срока службы автомобильной дороги.

Формула изобретения

Дорожная конструкция, включающая покрытие, основание, подстилающий слой и отражающий экран, уложенный на земляное полотно, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности и долговечности, а также снижение энергрзатрат на движение автомобиля, верхняя поверхность отражающего экрана выполнена пилообразной с углом наклона каждого зуба относительно поверхности земляного полотна, определяемым по формуле

f arcsini

V(Co/Y}4l

,+ arctg(V/C,),

0

5

где 7 - угол наклона зуба отражающего

экрана, град;

V - скорость движения расчетного автомобиля, м/с;

Со - скорость распространения волн напряжений в дорожной конструкции, м/с,

при этом общая толщина Н дорожной конструкции определяется по формуле

.k/( + /cosy), где п - ряд натуральных чисел;

л - длина волны напряжений, м, причем А,СО-/,

где t - время проезда автомобиля через точку напряжения, с.

Изобретение относится к области дорожного строительства и позволяет повысить несущую способность и долговечность покрытия, снизить затраты на движение автомобиля. Конструкция выполнена из покрытия 1 и основания 2, уложенных на подстилающий слой 3, который лежит на отражающем экране 4. Поверхность отражающего экрана выполнена пилообразной. Угол наклона каждого зуба относительно поверхности земляного полотна, определяется по формуле sin ((Cn/V)+)- -arctgX X (V/Ce). I ил. (Л N3 O5 O5 //// //// //// //// ////