ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ НАКАПЛИВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ К РАСЧЕТУ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Вестник магистратуры. 2017. № 1-2(64).

ISSN 2223-4047

УДК 625.7

А.Б. Асылбеков

ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ НАКАПЛИВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ К РАСЧЕТУ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ

Выполнен анализ способов учета повторного характера приложения транспортных нагрузок в критериях прочности асфальтобетона на усталостное разрушение. Произведена модификация классических теорий прочности вводом поврежденности в уравнения предельного равновесия.

Ключевые слова: дорожная конструкция, покрытие, поврежден-ность.

Нормативный документ по проектированию дорожных одежд [1] в качестве критерия прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе использует критерий наибольших нормальных напряжений, который называют первой теорией прочности. В этом критерии усталость учитывают вводом множителя к прочности на растяжение от изгиба в виде функции числа расчетных нагрузок N изменяющейся от 1 при N=1 и до нуля при Такой подход соответствует теории усталости, он позволяет вычислить предельное число нагрузок, которое может выдержать этот материал до разрушения. Такая задача решалась во многих работах, выполненных в РФ и за рубежом. В работах Ю.В. Рябкова [2] и А.А. Сартакова [3] рассмотрен нормативный критерий, регламентированный документом [1], решением этого критерия относительно числа нагрузок получена формула для расчета их предельного числа которая имеет вид

nр =

R • a • кг • (i -vR-1)

• Knp

(1)

В формулах П.С. Пелла [4] и Ф.Н. Фина [5] предельное число нагрузок связано с деформаций растяжения. Эти формулы имеют вид

^ = К ■ (]/вг У2; N = К • (1Я У2 ■ ЕКз, (2)

где ег -деформация растяжения; Е - модуль упругости; К, К2 и Кз - параметры.

Из анализа формулы (1) следует, что она вытекает из первой теории прочности, а зависимость два выведена из гипотезы Мариотта, которую называют второй теорией прочности или критерием наибольших относительных деформаций. Таким образом, в основе расчетов предельного числа нагрузок, которое может выдержать асфальтобетон лежит критерий прочности.

Вторым способом учета усталостных явлений является использование в критериях прочности мер теории накапливания повреждений, которыми являются поврежденность Ю.Н. Работнова или сплошность Л.М. Качанова. В работах [6-8] показано, что ввод таких мер в критерий прочности и условие пластичности можно выполнить, используя принцип эквивалентности напряжений в поврежденном и сплошном теле.

При модификации классических теорий прочности будем полагать, что к каждой из них применим коэффициент к, учитывающий снижение прочности от воздействия погодно-климатических факторов. Тогда уравнение предельного состояния первой теории прочности примет вид

ог д ■к-(1 "Уд • 0 , (3)

1-ю

где ог -растягивающее напряжение в слое, МПа; Я0 - прочность материала слоя на растяжение при изгибе, МПа; Кпр - требуемый коэффициент прочности; к - тоже, но от воздействия погодно-климатических факторов; уя - коэффициент вариации прочности; / - коэффициент нормированного отклонения.

После ввода поврежденности ю уравнения предельного состояния второй, третьей и четвертой теорий прочности соответственно принимают вид

С] -ц-(а2 +аз)_ До ■к^д • *) (4)

1 -ю Кпр '

© Асылбеков А.Б., 2017.

т

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2017. № 1-2(64)

где cti, ст2 и стз - главные напряжения, МПа.

~аз R ■k •(! -v r • t)

(5)

1 - O 2)2 + (о 2 - а 3)2 + (о 3 - Ol)2 _ rr" R0 • k •(l-v r • t)

1 Кпр

, = R •k •(1 -v R •'). (6)

1 -ю Knp

Расчет поврежденности ю выполняется применением интегральных уравнений наследственных теорий. Способ описан в работах [7, 9-11] и состоит в интегрировании функций увеличения поврежденности [7, 10] или уменьшения модуля упругости асфальтобетона от числа нагрузок.

В результате получают логарифмический или степенной закон роста поврежденности при воздействии повторных нагрузок. Особенностью этих функциональных зависимостей является наличие параметров материала. Эти параметры автор настоящей публикации попытается определить экспериментально в своей магистерской диссертации. Актуальность выбранной тематики подтверждается внедрениями в практику проектирования дорожных конструкций новых нормативных документов. Так в СТО [12] содержится модифицированный критерий Мора, который включает поврежденность, являющуюся функцией числа нагрузок. Модифицированные уравнения предельного состояния третьей и четвертой теорий прочности, предложенные автором в виде критериев (5) и (6) позволяют рассчитывать асфальтобетонные покрытия по сопротивлению сдвигу. Актуальность такого расчета подчеркивается в работе [13].

Библиографический список

I.ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. 146 с.

2.Рябков Ю. В. Расчет межремонтных сроков возобновления дорожных одежд методом холодного ре-сайклинга // Вестник магистратуры. 2016. № 5-2 (56). С. 34-36.

3.Сартаков А.А. Расчет срока службы асфальтогранулобетонных оснований дорожных одежд, восстановленных методом холодного ресайклинга // Высшая школа. 2016. № 9. С. 124-126.

4.Pell P.S. Pavement Materials // Proc., Sixth International Conference on The Structural Design of Asphalt Pavements. Vol. 2 Ann Arbor, Michigan, July 1987. P. 36-70.

5.Fin, F., Saraf, C., Kulkarni, R., Nair, K., Smith, W., Abdullah, A. The uses of distress prediction subsystems for the design of pavement structures. // Proc., 4th Int. Conf. on Structural Design of Asphalt Pavements, International Society for Asphalt Pavements (ISAP), Lexington, 1977. P. 3-38.

6. Александрова Н.П., Александров А.С., Чусов В.В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

2015. № 1 (41). С. 47 - 54.

7.Aleksandrova N.P., Chysow V.V. The usage of integral equations hereditary theories for calculating changes of measures of the theory of damage when exposed to repeated loads // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 2 (62). С. 69-82.

8. Чусов В.В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. 2016. № 6 (110). С. 221-227.

9. Чусов В.В., Александрова Н.П. Два способа расчета мер теории накапливания повреждений // Наука XXI века: опыт прошлого - взгляд в будущее: материалы II международной научно-практической конференции. Омск, СибАДИ, 2016. С. 271-275.

10. Александрова Н.П., Кузин Н.В., Чусов В.В. Моделирование уменьшения сплошности и накапливания повреждений асфальтобетоном при помощи интегральных уравнений наследственных теорий // Научный альманах.

2016. № 7-1 (21). С. 356-359.

II. Александрова Н.П., Кузин Н.В., Чусов В.В.Применение принципа эквивалентности деформаций к задаче расчета мер теории поврежденности в условии пластичности асфальтобетона // Научный альманах. 2016. № 7-1 (21). С. 352-356.

12. Александров А.С., Александрова Н.П., Долгих Г.В. Расчет дорожных одежд нежесткого типа дорог газовых промыслов Ямало-Ненецкого автономного округа. СТО Урегнойдорстрой 2.25.01-2014 (издание официальное). Омск: СибАДИ, 2014. 54 с.

13. Александрова Н.П., Чусов В.В. Особенности расчета асфальтобетонных покрытий по сопротивлению сдвигу с учетом накапливания повреждений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2016. № 3 (49). С. 42-50.

АСЫЛБЕКОВ АЗАМАТ БЕЙБИТБЕКОВИЧ - магистрант кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия.