ВСН 197-91 ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД - Расчет монолитных цементобетонных покрытий

Расчет монолитных цементобетонных покрытий

3.9. Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по формуле

(8)

где К_пр - коэффициент прочности, определяемой в зависимости от категории дороги по табл. 7; - расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе, определяемая по обязательному приложению 1; s_pt - напряжения растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада температуры по толщине плиты.

Напряжения растяжения при изгибе определяют по одной из двух расчетных схем, учитывающих условия контакта плиты с основанием и место расположения нагрузки.

Первая расчетная схема применяется для определения толщины покрытия при условии гарантированной устойчивости земляного полотна и отсутствия неравномерных осадок или выпучивания; характеризуется наличием полного контакта плит с основанием под всей площадью плиты. Расчетное место приложения нагрузки в дорожном покрытии - продольный внешний край в центре по длине плиты.

Вторая расчетная схема применяется для определения расстояния между поперечными швами, а также толщины плит в особых условиях для дорог низких категорий при заданной их длине на участках с ожидаемыми неравномерными осадками или неравномерным пучением земляного полотна.

3.10. По первой расчетной схеме напряжения s_pt (МПа) определяются, исходя из решений теории упругости, по следующей аппроксимирующей зависимости, отражающей наличие контакта плиты с основанием:

, (9)

где Р - расчетная нагрузка, кН; К_м - коэффициент, учитывающий влияние места расположения нагрузки; для неармированных покрытий К_м = 1,5; для покрытий с краевым армированием или площадок с расположением полос наката не ближе чем 0,8 ширины внешнего продольного края покрытия - К_м = 1,0 для продольного направления и К_м = 1,5 для поперечного; К_усл - коэффициент, учитывающий условия работы; К_усл = 0,66; К_шт - коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей К_шт = 1, при отсутствии штырей К_шт = 1,05; h - толщина плиты; K_t - коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления плит, определяемый по табл. 7;

Таблица 7

R - радиус отпечатка колеса;

, см (10)

q_ш - давление в шинах, принимаемое равным 0,6 МПа; l_у - упругая характеристика плиты, см;

; (11)

Е и m - модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона, определяемые по обязательному приложению 2; m_о - коэффициент Пуассона основания; Е^э_о - эквивалентный модуль упругости основания; модуль упругости материалов основания определяются по обязательным приложениям 1 и 2.

3.11. При второй расчетной схеме при опирании на основание в ее центральной части по длине полудлина плиты А (см) определяется по формуле

A = 4(R + R × Bh²/60K_cP), (12)

а толщина плиты h (см) на основе формул (8) и (12)

(13)

где Р в кН, h, А и В в см; В - полуширина плиты см; А ³ В, К_с - коэффициент скорости потери ровности основания при ожидаемой общей просадке основания (земляного полотна) более 15 см К_с = 1,2, в остальных случаях - К_с = 1.

3.12. Необходимость устройства швов расширения определяется исходя из допустимых температурных напряжений сжатия (МПа), которые для оценочных расчетов можно принять равными:

(14)

или

, (15)

где у - плотность материала плиты, т/м³; h - толщина плиты, м; A_t = 19 МПа/м.

Из условия сохранения прочности бетона в зоне швов не должно превышать 2 В_вtв.

3.13. Из условия прочности швы расширения устраивают, если допустимые напряжения будут меньше фактических (МПа), определяемых по формуле

, (16)

где с - коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/°С; с = 0,00001 1/°С; Т_макс, Т_исх - максимальная и исходная температура бетона в середине по толщине плиты, °С (см. табл. п. 2.12 обязательного приложения 2).

3.14. Расстояние L_paсш (м) между швами расширения определяется по формуле

, (17)

где d_пр - деформация сжатия прокладки шва расширения, м;

d_пр = В_пр × d_пр/Е_пр, (18)

В_пр - ширина прокладки, м; Е_пр - модуль упругости прокладки, МПа; для деревянных прокладок Е_пр = 8 МПа; s¢_пр - обжатие шва расширения (напряжение при сжатии) МПа; для деревянных прокладок мягких пород s¢_пр =2 МПа; h_np - высота прокладки, м.

h_пр = h - 0,04 (м). (19)

3.15. Диаметр d_шт (см) штырей в швах вычисляют по формуле

, (20)

где Р_шт - часть расчетной нагрузки на колесо, воспринимаемой штыревым соединением;

; (21)

w_шт - податливость штырей при нагружении, мм; для швов сжатия w_шт = 1,5 мм, для швов расширения - w_шт = 2 мм; w_пл - расчетный прогиб края плиты от действия нагрузки, мм; для песчаного и щебеночного основания w_пл = 5 мм, для цементогрунтового основания - w_пл = 3 мм; А_d - коэффициент длины зоны обжатия бетона в месте входа в него штыря; для швов сжатия А_d = 3, для швов расширения А_d = 1,5; R_и - средняя прочность бетона на сжатие, МПа: допускается принимать R_u @ 8В_вtв; п - количество штырей на полосе наката или на длине l_у; К_д - коэффициент запаса, равный 0,75.

3.16. Длина штырей составляет 20d плюс допуск, равный 5 см, плюс прибавка на установку температурного колпачка (5 см) и на ширину шва (3 см для швов расширения).

Диаметр штырей в продольных швах определяется из требуемой площади поперечного сечения F_а (см²/м) арматуры:

, (22)

где f - коэффициент трения-сцепления плиты с основанием; принимается f = 1,5, i - поперечный уклон, доли единицы; i = 0,05; R_s - расчетное сопротивление арматуры по СНиП 2.03.01-84; кгс/см²; В, h в см; у в т/м³.

Длина гладких штырей в продольных швах равна 40d_шт + 5 см, из стержней периодического профиля - 35d_шт + 5 см, при диаметре шпилек для крепления штырей 8 - 10 мм и при надежной приварке их к штырям - 22d_шт + 5 см