автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование конструктивно-технологических решений и расчета фрагментированных несущих слоев жестких дорожных одежд

На правах рукописи

00345733Т Олехнович Виталий Павлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И РАСЧЕТА ФРАГМЕНТИРОВАННЫХ НЕСУЩИХ СЛОЕВ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

05.23.11 — Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

' 2 ДЕЦ 2008

Омск - 2008

003457337

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно строительный университет» (СПбГАСУ).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Карпов Борис Николаевич

доктор технических наук, профессор Матвеев Сергей Александрович

Ведущая организация:

кандидат технических наук Мосенкис Юзеф Матвеевич

ЗАО Научно-исследовательский и проектный институт территориального развития и транспортной инфраструктуры (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 18 декабря 2008 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.250.01 ВАК РФ при Сибирской государственной автомобильно дорожной академии (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, ауд. 3124.

Факс (3812) 65-03-23, тел. (3812) 65-01 -45,65-20-41 Е mail: bobrova_tv@sibadi.org

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно дорожная академия».

Автореферат разослан « ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ^ — Т.В.Боброва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Программе модернизации и развития сети автомо -бильных дорог России до 2025 года и в том числе Северо-Западного федерально -го округа перед дорожниками поставлены для решения важные социально экономические задачи совершенствования инфраструктуры ее регионов, в том числе, в отношении повышения сроков службы автомобильных дорог и безопасности движения в условиях резкого роста нагрузок и интенсивности движения.

К одному из важнейших направлений фундаментальных исследований Программы отнесено создание новых методов расчета и конструирования элементов автомобильных дорог и сооружений на них.

Для реализации поставленных Правительством программных решений выполнено настоящее диссертационное исследование, предусматривающее исследование и разработку новых методов расчета и конструирования, технологии устройства жестких дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем, которые рациональны для строительства и реконструкции автомобильных дорог в условиях современного движения, характеризующегося большой массой транспортных средств, а также высокой интенсивностью и скоростью движения.

Объект исследования — методы конструирования и расчета жестких дорожных одежд.

Предмет исследования — напряженно-деформированное состояние дорожных конструкций с несущими слоями регулируемой жесткостью.

Цель диссертационной работы — совершенствование конструктивно технологических решений жестких дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем, предназначенных для повышения сроков службы автомобильных дорог в современных условиях резкого роста нагрузок и интенсивности движения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— анализ и обобщение существующего опыта устройства и работы асфальтобетонных покрытий на полужестких основаниях, выявление путей и методов повышения сроков службы дорожных одежд данного типа;

— проведение теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции с фрагментированным несущим слоем и оптимизацией параметров несущих элементов;

— применение теории пластин с разрезами для исследования влияния условий образования и размеров зон неполного контакта несущего слоя с основанием на устойчивость дорожной конструкции; ,

— разработка метода расчета дорожной одежды на жестком несущем слое с разрезами и упругом основании на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

— разработка практических рекомендаций по выбору и оптимизации конструктивных и технологических решений 'дорожных одежд с фрагментиро-ванными несущими слоями.

Научная новизна работы состоит:

— в определении рациональных параметров элементов конструкции несущего слоя, обеспечивающих улучшение степени контактирования слоев по площади и во времени, а в итоге повышения долговечности дорожной конструкции;

— в совершенствовании теоретической модели жесткого несущего слоя с разрезами-изломами, предназначенной для решения задач по обеспечению необходимой несущей способности дорожной одежды от транспортных нагрузок и природно климатических факторов с применением математического аппарата теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

— в разработке технологии фрагментирования несущих слоев дорожных одежд (подана заявка на получение патента).

Практическое значение результатов исследований заключается:

— в разработке рекомендаций по выбору и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с несущими слоями регули -руемой жесткости;

— в разработке технологии устройства фрагментированного несущего слоя регулируемой жесткости и необходимого для этого дооборудования средствами механизации (катков, платформ и т. п.) по качественному образованию разрезов, с подачей заявки в Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) №2007145676 на получение патента «Способ устройства фрагментированного дорожного и аэродромного основания» на предлагаемое оборудование;

— в подготовке практического метода проектирования дорожных одежд разработанного в диссертации типа и программного обеспечения для непосредственного использования в проектных организациях;

— во внедрении материалов исследования в учебные программы — «Проектирование транспортных сооружений», «Технология и организация строительства и реконструкции транспортных сооружений» и участие в подготовке для издательства «Академия» учебника «Основы дорожного дела», с их использованием при подготовке инженеров, бакалавров и магистров в СПбГАСУ и других учебных заведениях.

На защиту выносятся:

— постановка цели и задач исследования;

— результаты теоретических и экспериментальных исследований НДС дорожной конструкции, включающей несущий слой регулируемой жесткости и оптимизации параметров несущего слоя;

— разработанный метод расчета дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем на упругом основании на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

— практические рекомендации по разработке и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с фрагментированными несущими слоями;

— результаты технико-экономической эффективности использования предлагаемых конструкций и технологий.

Реализация результатов исследований осуществлена на двух объектах г. Санкт-Петербурга, на объекте в пригороде г.Великого Новгорода, на подъездной дороге к нефтедобывающему предприятию в республике Коми.

В 2008-2009 г.г. намечается выполнение работ с использованием предложенных автором конструктивно-технологических решений при реконструкции нескольких участков автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения в Ленинградской области.

Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270205, УИРС, а также при выполнении дипломных работ с научными разделами.

Публикации и апробация работы

Основные положения диссертационной работы изложены в четырех научных статьях, докладывались и обсуждались на Международной научно практической конференции «Реконструкция Санкт-Петербурга — 2003 г>; на Всероссийской научно технической конференции (СПб, Павловск 2003 г.); на ежегодных (с 2004 г.) конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов в С ПбГАС У; в Комитете по благоустройству и дорожному хозяйству Правительства Санкт-Петербурга и Дорожном комитете Правительства Ленинградской области.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах основного машинописного текста, включающего 24 рисунка, 13 таблиц, списка литературы из 103 наименований и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость выполненной диссертационной работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, выполнен обзор литературы по исследованию, практическому применению и анализ эксплуатации различных конструкций дорожных одежд.

Отмечается, что резко возросшие в начале нового тысячелетия интенсив -ность движения и нагрузка на дорожную сеть, вызывающие рост колейности и трещинообразования, приводят к новой ориентации технической политики. Основным направлением при этом становится разработка конструктивных

решений, приводящих к существенному повышению долговечности дорожных одежд и безопасности движения за счет повышения капитальности и надежности проектных решений с пересмотром проектных сроков эксплуатации: для цементобетонных покрытий — 40 лет, для асфальтобетонных — 20 лет.

Это достижимо при использовании конструктивных решений для дорожной одежды, включающей несущие слои регулируемой жесткости и разнообразные синтетические материалы.

Анализируется опыт эксплуатации дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием и различными группами оснований. Отмечается, что неблагоприятное влияние на возникновение остаточных деформаций покрытий оказывает большая изменчивость модулей дорожной одежды в годовом цикле.

Определенными преимуществами под современное движение обладают жесткие основания (цементобетон, тощий бетон и др.) покрытий. При этом размеры и формы отдельных связанных несущих элементов, жесткостные и демпфирующие характеристики соединений являются одним из основных факторов, влияющих на напряженно деформированное состояние дорожной конструкции. Поэтому в последнее время получают распространение составные и сочлененные несущие системы, условия взаимодействия на контакте между элементами которых, обеспечивают благоприятную трансформацию напряженно -деформированного состояния системы. Несущий слой таких конструкций представляет собой дискретно континуальную систему из упруго связанных между собой полужестких плит на упругом основании. Однако теоретические исследования такого вида дорожных одежд связаны с трудностями разработки адекватных моделей.

Приводятся основные результаты исследований в этом направлении, отраженные в публикациях Басурмановой И.В., Васильева А.П., Горелышева Н.В., Глушкова Г.И., Железникова М.А., Игнатьева Ю.В., Казарновского В.Д., Карпова Б.Н., Ключникова Г.Я., Коновалова C.B., Коганзона М.С., Кузнецова А.П., Мерзликина А.Е., Носова В.П., Орловского B.C., Павловой Н.С., Салля А.О., Сиденко В.М., Сикаченко В.М., Симановского М.А., Ушакова В.В., Чернигова В.А., Шульгинского И.П., Юмашева В.М. и др.

Высокую эффективность для исследования влияния конструктивных параметров дорожной одежды из отдельных упруго-связанных между собой плит на общую деформативность, устойчивость и, следовательно, долговечность приобретает аналитический метод расчета, основанный на введении разрывных функций в исходные дифференциальные уравнения. При этом система упруго -связанных элементов несущего слоя при использовании данного метода рассматривается как единая плита с изломами в упруго податливой среде.

Этот метод разработан Б.К. Михайловым и получил развитие затем в трудах Арманова Ф.М., Гаянова Ф.Ф., Карпова Б.Н., Кондратьевой Л.Н., Кипиани Г.О., Кобелева Е.А., Лукасевича С., Москалевой В.Г., Овчинникова М.А. и др.

Во второй главе рассмотрены особенности и обоснованность полноты традиционно применяемого расчета комбинированной дорожной одежды с несущим бетонным слоем на упругом основании.

Для повышения конструктивной однородности (по прочности и деформированию) дорожной одежды предложенное конструктивное решение предусматривает введение в монолитный бетонный несущий слой специальных регулирующих связей в виде разрезов — ограничителей и обойм из современных материалов, разделяющих несущий слой на систему элементов одинаковых размеров и форм, обеспечивающих повышение равномерности деформирования самого слоя и примыкающих смежных слоев. В результате повышается взаимная устойчивость элементов несущего слоя, равномерность деформирования покрытия, равномерность давления на подстилающий слой, а в итоге, — несущая способность и срок службы дорожной одежды.

Для исследования напряженно деформированного состояния подсистемы (НДС) «фрагментированный несущий слой — упругое основание» в данной работе выполнено математическое моделирование ее работы методом конечных элементов. Для исследуемой системы в качестве расчетной схемы выбран участок дорожной одежды исследуемого типа (рис. 1).

Рабочий шов

1-1

Элементы секций

Изломы-сочленения элементов секций

М -Ят,:

Щ III г

Покрытие

. Несущий слой у V1.0, в , в , рш' 5Р /

/ Руст/излом (зр)/ ' 1 Основание Винклера С(к):

18,0 м\ Расчетная секция

Рабочий слой (рш)

Рис. 1. Расчетная схема участка дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем на упругом основании (цифрами обозначены 1, 2,3 — точки загружений)

За расчетные элементы системы приняты несущие элементы крайнего продольного ряда, в том числе, нагруженные в точках ослабленных сечений — в разрезах и на поперечном рабочем шве бетонного несущего слоя, который необходимо устраивать по окончании рабочих смен по технологическим требованиям.

Так как в модели Винклера величина прогиба прямо пропорциональна величине давления, то в дальнейшем рассматривается только давление на основание как основной компонент, влияющий на НДС конструкции дорожной одежды.

Поскольку связи между элементами фрагментированного несущего слоя и рабочих швов реально отличаются от идеальных шарниров, их зоны условно обозначены в виде полос с жесткостью меньшей чем в монолитной части несущих элементов. Учитывая, что расчетным периодом их работы будет осенне-весенний период при переувлажненном грунте, за расчетную модель подстилающего слоя (основания) принята модель Фусса-Винклера.

В работе установлены зависимости расчетного давления на основание, разброса величин давлений и расчетных изгибающих моментов от жесткостей зон рабочих швов и зон разрезов-изломов элементов плит и упругой характеристики. Математические модели зависимости исследуемых характеристик - Нт, Мг;

от влияния факторов Х1 (Врт); Х2 (Ваг) и Х3 (4) имеют вид полиномов.

Решена поставленная задача оптимизации — поиск оптимального сочета -ния элементов конструкции по указанным критериям, а оптимальные величины определяющих факторов в натуральных переменных установлены следующие:

х1 = 3613 МПа; х2 = 3205 МПа; х3 = 0,22 м. (1)

Заменив факторы Х1 и Х2 на отношение жесткостей рабочих швов и зон разрезов к цилиндрической жесткости плиты, а Х3 — на упругую характеристику системы в верхнем пределе получим:

В /Л = 0,122;В /Я = 0,277;! = 0,825 м. (2)

Здесь Б — цилиндрическая жесткость несущего слоя (И = _ ).

Цель выполненных экспериментальных исследований — подтвердить правомерность принятой гипотезы фрагментирования, а также проверить и уточнить расчетные зависимости для установления реального НДС подсистемы «фрагменгированный несущий слой — упругое основание». Эксперименталь -ные работы выполнялись в лабораторных условиях на моделях и на опытном участке в полевых условиях.

Определена программа экспериментальных работ, разработана методика испытаний, приведены результаты экспериментов, выполнен анализ НДС состояния моделей и опытного участка; проведено сравнение данных расчета и результатов экспериментов.

Испытано 8 вариантов моделей конструкции, в том числе вариант с теоретически оптимальным соотношением жесткостных параметров.

Испытание проводили на сконструированном в СПбГАСУ оборудовании, представляющим жесткий стальной ящик и шарнирную раму. Для измерения прогибов конструкции применяли индикаторы часового типа. В грунт (песок) закладывали датчики напряжений, для измерения напряжений использовали генератор сигналов и микроамперметр.

Экспериментальные данные лабораторных опытов и исследований на опытных участках (табл. 1) хорошо согласуются с теоретически установленными зависимостями.величин расчетных давлений на основание и разброса (отклонения) величин максимальных давлений от величины соотношения жесткостей зон разрезов и упругой характеристики системы.

Соответствие экспериментальных данных теоретическим результатам проверено по Б-критерию. В результате выполненных вычислений установлено, что принятая теоретическая модель соответствует полученным экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

Таблица 1

Расчетные давления и разброс величин давлений на основание Кр~Нт< приведенные к их величинам, соответствующие модели 5 с теоретически оптимальными жесткостными характеристиками

№ модели Жесткость рабочих швов/зон разрезов, приведенная к цилиндрической Нагрузка, кН Rp/Rporrr Rp-Rm/(Rp-Rm)onT

теор. экспер. теор. экспер.

1 0,015/0,015 1,8/1,2/0,6 1,47 1,34/1,41/1,35 1,78 1,41/1,57/1,45

2 0,05/0,015 1,8/1,2/0,6 1,17 1,24/1,20/1,18 1,28 1,41/1,36/1,23

3 0,05/0,35 1,8/1,2/0,6 1,15 1,21/1,12/1,18 125 1,36/1,29/1,11

4 0,17/0,15 1,8/1,2/0,6 1,12 1,06/0,97/1,12 1,20 1,14/1,14/1,11

5 0,13/0,30 1,8/1,2/0,6 1,00 1,00/1,00/1,00 1,00 1,00/1,00/1,00

6 0,17/0,35 1,8/1,2/0,6 1,02 1,04/1,00/1,00 1,03 1,09/1,07/1,00

7 0,13/0,50 1,8/1,2/0,6 1,075 1,04/0,97/1,00 1,13 1,06/1,14/1,00

8 0,20/0,30 1,8/1,2/0,6 1,08 1,00/0,97/1,06 1,15 1,09/1,07/1,11

Опытное строительство с устройством асфальтобетонного покрытия на основании из фрагментированных бетонных плит конструкции ЛИСИ было начато в 1980 г. Наиболее показательны данные обследований участков Суздальского пр. в С Петербурге, где параллельно с опытным был построен контрольный участок, в качестве основания под асфальтобетонное покрытие которого использовались предварительно напряженные плиты ПАГ-Х1У. Оба участка были построены зимой, их дорожная одежда имела также одинаковые слои основания из рядового щебня (/гщ =16 см) и песчаного подстилающего слоя (йп = 50 см), в табл. 2 приведены данные их обследований в 1982,1997,2001 и 2005 гг. (100 идентичных замеров по полосам наката на каждом участке).

Таблица 2

Показатели Контрольный участок/опытный участок

1982 1997 2001 2005

1. Средний упругий прогиб под нагрузкой 0,23/0,24 0,40/0,28 0,51/0,31 0,66/0,35

2. Ровность (просвет под 3 х метровой рейкой) % к общему числу измерений до 5 мм 5-Ммм > 10 мм 83/71 16/29 ■ 1/0 60/65 21/29 19/6 40/60 19/32 41/8 14/56 23/33 63/11

3. Протяженность трещин на единицу площади участка м/мг 0,44/0,21 0,62/0,24 0,71/0,30 0,82/0,41

Экспериментальные данные лабораторных исследований и натурных испытаний на опытных участках хорошо согласуются с теоретически установленными зависимостями величин расчетных давлений на основание с учетом разброса

максимальных давлений в зависимости от величины соотношения жесткостей зон разрезов и упругой характеристики системы.

Уменьшение в 2 раза величины среднего прогиба дорожной одежды на опытном участке (по времени — с 1982 до 2005 гг.) и ее незначительный разброс (в 34 раза меньший, чем на контрольном участке) свидетельствует о равномерности контактирования несущего слоя опытного участка с основанием, обуславливающей повышение ровности и снижение трещинообразования на асфальтобетонном покрытии.

В третьей главе выполнено совершенствование аналитического метода расчета дорожной конструкции на основе теории пластин с разрывными параметрами Как показано в главе 2 данной работы, определение рациональных форм и размеров элементов несущего слоя, ограниченных разрезами (при оптимальной жесткости зон разрезов) может обеспечить повышение равномерности распределения давления на нижний слой основания и повысить устойчивость самих несущих элементов в процессе эксплуатации и, вместе с выравниванием температурных деформаций в границах отдельных элементов, снизить концентрацию и неравномерность напряжений в них и, следовательно, повысить трещи-ностойкость покрытия.

Для решения данных задач (как и многих других) могут быть использованы аналитические решения по определению несущей способности фрагменти-рованного слоя на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами.

В соответствии с положениями данной теории искомые компоненты (перемещения, прогибы, углы поворота, моменты, усилия) выражены через линейные комбинации регулярных и разрывных функций. Благодаря этому получены достаточно простые аналитические решения и расчетные формулы, позволившие фактически с одинаковой точностью найти компоненты НДС как в зонах изломов, так и в сплошной части слоя. Несущий слой рассматривался как пластина на винклеровом основании с рациональными по очертанию (например, замкнутые шестиугольники) и одинаковыми по форме и размерам контурами, ограниченными рустами (канавками), по которым в процессе эксплуатации под действием колесной нагрузки образовались изломы срединной поверхности (рис. 2), представляющие собой «упругие» шарниры.

Разрывной характер изменения угла поворота нормали к деформируемой поверхности несущего слоя дорожной одежды (имеющего разрезы) в направлении оси ос» может быть представлен с использованием функции Хевисайда зависимостью:

у; + + ^¡Щх-х^, (3)

где но — прогиб несущего слоя в направлении оси ох; Ду, — угол взаимного поворота двух нормалей к деформируемым поверхностям двух смежных по контакту

IH

I IL tr=ri

~~pl-lll

Rct

"íUir

Jnt

ПНГ

iii ni_

L±J

Рис. 2. Расчетная схема фрагментированного слоя на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами (1— форма несущего элемента — квадрат, 2 — форма несущего элемента — шестигранник, 3 — форма надреза (вмятины) для направленного трещинообразования в поперечном сечении, 4 — бетонный слой)

элементов, то есть угол излома поверхности дискретно континуальной системы

/ n\ dw

на линии контакта двух контуров (рис. 2); у, = — — угол поворота нормали

к деформируемой поверхности в пределах континуума (сплошного слоя)

Подстановка соотношений (3) в уравнение равновесия с помощью зависимостей упругости приводит к разрешающему уравнению изгиба слоя относительно функции «w».

Dtfw = q - i(Ay„s:+Ду,;;5„) - 1(ду25;+¿y2;;sM). (4)

Если требуется учесть изломы, направленные под углом «а» к координатным осям, то следует использовать формулы преобразования координат при повороте осей (рис. 2), т. е.:

xt=x cosa + у sina; ys"X sina + у cosa.

Коэффициенты Ду1( и Ay2j находятся из условий равенства нулю изгибающих моментов на линиях расположения изломов (в случае идеальных шарниров)

или из условий упругого сопротивления изгибу в шарнире, в случае шарнира, упруго сопротивляющегося изгибу, то есть:

М, " кАу, при х — х и , г„ 1 , (6)

Мг^кАу21пщу=у1

Эти соотношения дают возможность составить систему алгебраических уравнений для определения неизвестных Ду1( и Ау2..

• Коэффициенты к1 и ^ характеризуют степень сопротивления шарнирного соединения двух элементов несущего слоя при взаимном повороте их краев. В случае идеальных шарниров А и к равны нулю.

В работе рассмотрен случай, нередко встречающийся в работе деформируемого несущего слоя дорожной одежды, когда под ним образуется свободное пространство («пустота»), то есть имеется локальная зона отсутствия контакта слоев и, соответственно, нарушается совместная деформация.

Коэффициент постели «Со» следует считать переменным, то есть функцией координат «л:» и «у»:

С=С(х,у), (7)

С

при этом X* = ф (х,у) = С Н[/(х, у)],

где £) — цилиндрическая жесткость; Н — функция Хевисайда.

Изменяя формы и размеры локальных зон отсутствия контакта при разных формах и размерах элементов несущего слоя можно установить их критические сочетания, при которых имеет место лишь местный изгиб несущих элементов без наклона как твердого тела и, соответственно, без поворота их как твердого тела под покрытием, не вызывающих трещинообразования в покрытии.

" Вьшолнен также расчет дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем на упругом основании, причем исследуемая подсистема включает два слоя: ' 1. Несущий дискретно-континуальный — слой повышенной жесткости из несущих элементов, связанных друг с другом по контуру упруго шарнирно.

2. Подстилающий дискретный — слой выполняющий функцию упругого основания.

Применив один из вариационных методов и представив искомую функцию «да» в виде аппроксимирующих тригонометрических рядов —

га - Хю^х) Бтр^г/ или ги - £ю,(г/) з1пР/г (8)

— при удержании одного члена ряда, а функции углов изломов в виде -

Д?„" Бтр^; Ау2) = £Ауу бшР,* (9)

получим решение уравнения (4) в первом приближении в виде функции

т = ю,(х) ыпр,г/ + 2Лу1(0(^:; + этр.г/ + 1Ду2(1_,(ч;;; 5тр,х, (10)

где уц/'; ц/' — разрывные функции вида

- *,)]#<* - а,), (И)

V" =-^2 [г^кг^х - лг,) + г^кг2(х - х{)]Н(х - *,).

Коэффициенты Ду1(1^ и Ауад находятся из условий

м\ " кАУц0 ПРИ х = х{,М2 ~ ¿2Луад при у-ух, (12)

где /С, и Кг — коэффициенты упругого сопротивления по линиям соединений несущих элементов при изгибе. При отсутствии упругого сопротивления в соединениях несущих элементов (идеальные шарниры):

М1 = О при х - М2 = 0 при у = уг

Реализация аналитических решений с построением функций ; \|/х дает наглядную картину распределения прогибов, углов поворота и моментов с учетом их разрывного характера на линиях контакта несущих элементов, то есть на линиях скачкообразного изменения жесткостных характеристик дорожной одежды.

Алгоритм расчета следующий:

1. Строится функция прогибов — ю0 (сплошной без разрезов пластины на упругом основании). Эта функция хорошо исследована в современной научно-технической литературе.

Программы построения подобных функций имеются в банке данных расчета пластин на различных типах упругого основания.

2. Строятся разрывные функции у г, состоящие из известных гиперболо-тригонометрических функций. Эти функции, имеющие прерыватели типа Н (х-хг) по своему геометрическому смыслу соответствуют разрывному характеру изменения моментов.

3. Составляется система алгебраических уравнений для определения коэффициентов Ауь; Ау2/ на основе полученных в диссертации формул (4).

4. Рассчитав коэффициенты Дуи; Лу2;, определяют функции прогибов да по найденным формулам (10).

5. По формулам (12) определяются изгибающие моменты и, следовательно, компоненты напряженно деформированного состояния дорожной одежды.

6. При рассмотрении разных конструктивно технологичсеких вариантов дорожной одежды, с фрагментированным несущим слоем на упругом основании, после определения компонентов НДС устанавливаются рациональные сочетания конструктивных и физико-механических параметров, обуславливающих оптимизированные варианты дорожной конструкции в разных условиях.

В четвертой главе даны рекомендации по выбору конструктивно технологических решений дорожных одежд разработанного типа, показана эффективность предложенных решений.

Эффективную эксплуатацию покрытия нафрагментированном несущем слое с рационально расположенными разрезами обуславливает ряд показателей, обеспечивающих повышение сроков службы дорожных одежд, в том числе:

— плотное прилегание (самонаведение) несущего слоя к нижнему основанию (улучшение степени контакта слоев) и следовательно повышение несущей способности и равномерности деформирования дорожной одежды;

— снижение величины отрицательных динамических характеристик как за счет гашения динамики (демпфирования) на контактах рабочих элементов, так и за счет плотного их прилегания (улучшения контакта) с нижним слоем;

— усиление сцепления между слоями дорожной одежды за счет рационального рустования несущего слоя, повышающих устойчивость и срок служ. бы дорожной одежды;

—. повышение трещиностойкости покрытия благодаря температурно-влаж-ностному деформированию элементов несущего слоя только в границах заданных разрезов и устойчивости рабочих элементов за счет рациональных размеров, форм элементов и жесткостей связей между ними.

Создание Системы разрезов в монолитном слое свежеуложенного бетона предусмотрено разными способами:

— завершающим проходом по нему (после уплотнения) катка со специальными выступами, создающими на поверхности слоя углубления рационального рисунка и интенсивности примерно на 1/3 толщины слоя;

— путем вибронарезки (продавливания) ложных швов на поверхности несущего слоя с помощью специальной решетчатой платформы опускаемой автокраном на поверхность выровненного слоя бетона.

— путем заполнения бетонной смесью ячеек уложенного на подстилающий слой геокаркаса с последующим профилированием и уплотнением или путем вибропосадки в свежеуложенный несущий слой разделяющих элементов синтетического объемного каркаса с последующей закаткой такого двухкомпонентного слоя;

Более экономичными в настоящее время являются первые два способа.

Наиболее устойчивой формой несущего элемента бетонного слоя, обеспечивающей примерное равенство продольного и поперечного моментов, является круглая, шестигранная, восьмигранная форма. С конструктивно технологических позиций шестигранная форма, рекомендуемая для применения, удобнее других вписывается в плоскость несущего слоя, обеспечивая перевязку разрезов (швов) в продольном и поперечном направлении.

Из-за технологических ограничений может использоваться также квадратная форма несущих элементов, но обязательно с перевязкой разрезов (устройства их в разбежку).

Рациональная форма профиля надрезов (вмятин) в несущем слоя для образования ослабленных сечений, обуславливающая возможность и надежность расчленения (после набора прочности бетона) на несущие элементы (то есть образования изломов) в результате обкатки слоя тяжелой транспортной нагрузкой, при обеспечении (совместно с оптимальными плановыми размерами несущих элементов) необходимой жесткости зон изломов и трещиностойкости покрытия в ходе эксплуатации, должна быть устойчивой против разрушения при ее

устройстве и во время эксплуатации дорожной одежды. Технологически ее целесообразно образовывать в форме округлых (овальных) вмятин в свежеуложен-ном бетоне (рис. 3).

Асфальтобетонное покрытие Черный щебень Бетонный фрагментированный несущий слой Щебеночное основание (пескоцемент)

Песчаный слой

Рис. 3. Сечение зоны излома в несущем слое под асфальтобетонным покрытием

Глубину надрезов (или высоту промасленных закладных деталей, (например, в виде геокаркаса) следует назначать с учетом данных по однородности бетона. При этом должно учитываться, что несущая способность по линии ослабленной жесткости (в изломе) при максимальной прочности бетона не должна быть выше несущей способности полного сечения при минимальной прочности бетона.

Обычно глубина надреза (высота закладной детали для применяемых классов бетона) составляет > '/3 к6.

При разработке конструкции дорожной одежды для реальных процессов необходимо, чтобы жесткостные характеристики зон рабочих швов находились в интервале 0,05 н- 0,13 Д; зон разрезов — 0,10 н- 0,30 Б (где Б — цилиндрическая жесткость монолитного несущего, слоя). Реальные жесткостные характеристики перед началом строительства следует проверить на опытном участке.

Рекомендуемые размеры несущих элементов фрагментированного слоя, полученные в результате исследований приведены в табл. 3.

В соответствии с «Методическими рекомендациями по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса» рассмотрена система показателей эффективности, критериями выбора которых являются или максимум экономического эффекта или минимум затрат.

В нашем случае, с учетом необходимости приведения сравниваемых вариантов к сопоставимому виду по технико-эксплуатационным параметрам, анализ эффективности предложенного конструктивно технологического решения выполнен в результате сравнения с двумязариантами, имеющими несущий слой (1) из монолитного цементобетона и (2) из плотной битумоминеральной смеси.

При сравнении предложенного конструктивно-технологического решения несущего слоя с применяемыми монолитным и сборным бетонными основаниями по степени соответствия современным условиям резкого роста нагрузок и интенсивности движения разработанная конструкция отличается значительно меньшей изменчивостью показателей несущей способности по площади (которые на обычных бетонных основаниях над швами и стыками резко изменяются.

излома

Таблица 3

Рекомендуемый максимальный размер (радиус) рабочего элемента фрагментированного несущего слоя из бетона разных классов (марок)

Модуль упругости бетона (МПа) 10000 15000 19000 29000 33000

Минимальный предел прочности бетона на растяжение при изгибе йРи, (МПа) В,„- 0,8 1,0* В.,." 1.2 1,5* В- 1,5 4Г9 ' 2,0* Вш- 2,8 3,5* (3,6) В,- 3,6 «Ге ' 4,5* (4.4)

Модуль упругости основания под несущим слоем £„, (МПа) 20 50 100 120 20 50 100 120 20 50 100 120 20 50 100 120 20 50 100 120

1. Толщина фрагментированного несущего слоя (бетона) — 16 см

Приведенный радиус несущего элемента а = I, (см) 70 52 41 38 77 59 47 44 87 64 51 48 100 74 59 55 104 77 61 57

2. Толщина фрагментированного несущего слоя (бетона) — 18 см

Приведенный радиус несущего элемента а - Ь, (см) 79 58 46 43 90 66 53 50 97 72 57 54 112 83 66 62 117 86 68 64

3. Толщина фрагментированного несущего слоя (бетона) — 20 см

Приведенный радиус несущего элемента а - /., (см) 88 64 51 48 100 73 59 55 108 80 63 60 124 92 73 69 130 95 75 72

4. Толщина фрагментированного несущего слоя (бетона) — 22 см

Приведенный радиус несущего элемента а - (см) 97 70 56 53 110 80 64 60 119 88 69 66 136 101 80 75 143 105 83 79

* Марка бетона на растяжение при изгибе

усиливая динамику и колебания дорожной одежды) и приближается к конструкции с асфальтобетонным покрытием на толстом слое из плотной битумоминеральной смеси. Соответственно, работоспособность предложенного конструктивно-технологического решения дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем выше, чем у дорожной одежды с обычными монолитным или сборным основаниями.

Повышение однородности дорожной конструкции по прочности (увеличение равнопрочности), под которой понимают степень неизменности ее физико-механических свойств и геометрических размеров в пространстве и времени, предполагает снижение (за счет рациональных конструктивно технологических решений данного исследования) коэффициента вариации прочности данной конструкции до с < 0,15, что по выполненным расчетам может увеличить срок службы на 20 -н 50 %.

Неоднородность контактирования жесткого несущего слоя, обуславливаемая возникновением зон неполного контакта и чередования их с зонами полного контакта с основанием, а также - недопустимых по условиям монолитности покрытия подвижек больших полей несущего слоя вследствие температурно влажност-ных воздействий, усогубляемых динамическим эффектом тяжелых транспортных нагрузок, приводят к значительному разбросу прогибов и, соответственно, коэффициента запаса при изгибе несущего слоя и недопустимо высокому значению коэффициента вариации несущей способности дорожной одежды (С> 0,3).

В первом приближении аналогом, предложенной в настоящей работе дорожной конструкции, в современных условиях движения, с учетом близких значений

модулей упругости смежных слоев, жесткостных и распределяющих характеристик, а также параметров однородности (по прочности) может быть принята дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием на несущем слое из плотной «битумо-минералыюй» смеси на вязком битуме эквивалентной толщины.

Удельные затраты энергии на технологические процессы по устройству це-ментобетонного несущего слоя по исследованиям В.В. Ушакова более чем в два раза ниже чем у асфальтобетонного. Эти затраты соответственно составляют 11,7 кДж против 25,4 кДж (на 1 м2). Затраты энергии на производстве соответствующих полуфабрикатов составляет 1835,2 кДж (1 м3, цементобетонная смесь) и 3849,1 кДж (1 т, асфальтобетонная смесь).

Оценивая результаты сравнения (при возрастающей дефицитности битума) можно сделать заключение, что предложенные конструкции дорожной одежды с фрагментированным бетонным несущим слоем на упругом основании требуют меньших затрат энергии и, следовательно, более эффективны.

В главе 4 обозначены области рационального применения разработанных конструктивно технологических решений:

— в общем случае, дороги с высокой интенсивностью движения и большой массой транспортных средств;

— автомобильные и городские дороги на слабых подстилающих фунтах;

— промышленные дороги и дороги коммунально-складских территорий;

— зоны трамвайных путей, совмещенные с полосами движения автотранспортных средств на городских улицах;

— двухстадийное строительство дорожных одежд.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполненный анализ и обобщение существующего опыта расчета конструирования, строительства и эксплуатации асфальтобетонных покрытий на жестких несущих слоях позволили выявить и обосновать эффективное направление и пути повышения надежности и сроков службы дорожных одежд, особенно актуальные для современных условий роста нагрузок и интенсивности движения на российских дорогах.

2. Согласуемые результаты численных и экспериментальных исследований

НДС предлагаемой конструкции подтвердили правомерность гипотезы фраг-ментирования несущего слоя с установлением рациональных соотношений размеров и форм его рабочих элементов и определением оптимизированных значений жесткостных характеристик рабочих швов и зон разрезов, обуславливающих повышение однородности по прочности (равнопрочности), равномерности деформирования и распределения напряжений в основании, а в итоге повышение несущей способности и срока службы дорожной конструкции. По обследованию опытного и контрольного участков установлено, что средние величины прогибов на опытном участке в 2 раза ниже, чем на контрольном и их разброс в 3 раза меньше.

3. В выполненном исследовании получила научное развитие потенциальная для применения в дорожном строительстве теория пластинчатых систем с разрывными параметрами. Ее применение позволяет решать задачи по расчету и конструированию дорожных одежд со слоями имеющими трещины, заданные разрезы изломы.

4. В работе выполнено совершенствование теоретической модели напряженно-деформированного состояния дорожных одежд при неполном контакте (в локальных зонах) несущего слоя регулируемой жесткости с упругим основанием, позволившее установить оптимальные параметры конструкции элементов несущего слоя, в сравнении с традиционными решениями жестких дорожных одежд, обеспечивающие улучшение контактирования слоев по площади и во времени, а в итоге, повышение однородности и долговечности дорожной конструкции. Определены размеры рабочих элементов (от 0,38 до 1,53 м) для разной толщины фрагментированного бетонного несущего слоя.

5. Разработаны рекомендации по выбору варианта и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с фрагментированными несущими слоями для практического использования в проектных и строительных организациях.

6. Предложены решения по рациональной технологии устройства фрагментированного несущего слоя, обеспечивающей высокое качество и эффективность при устройстве дорожной конструкции и карты операционного контроля качества. Подана заявка в Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) № 2007145676 на получение патента «Способ устройства фрагментированного дорожного и аэродромного основания».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Олехнович, В.П. К аиализу применения на Северо Западе в асфальтобетонных смесях синтетических и минеральных добавок / Олехнович В.П. // Доклады 62-й научно-практической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / Спб. гос. архит. строит, унт. - Спб., 2005. - 4.1, - С. 10-12.

2. Олехнович, В.П. Повышение трсщиностойкости асфальтобетонных покрытий на - • жестких и полужестких основаниях/ В.П. Олехнович, Б.Н. Карпов // Мир

дорог. - 2005. - № 18. - С. 30-31 (вклад соискателя 90 %).

3. Олехнович, В.П. Разработка эффективных конструкций и технологий строительства, реконструкции и ремонта дорожных одежд под тяжелое и интенсивное движение / В.П. Олехнович // Вестник Томского гос. архит. строит, ун-та. — Томск. - 2008. - № 1. - С. 153-156.

4. Олехнович, ВЛ. Исследование напряженно деформированного состояния фрагментированного дорожного основания на основе решений теории пластин с разрезами / Б.Н. Карпов, В.К. Михайлов, В.П. Олехнович, М.П. Клековкина // Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения: сб. научн. тр. Всероссийской научно-практической копф. Казанский гос. архит. строит, уп-т. — Казань. — 2008. - С. 207-212 (вклад соискателя 55 %).

Компьютерная верстка О.Ф. Макарасого

Подписано к печати 14.11.08. Формат 60 х 8-1 1/16. Бум. офсетная. Усл. меч. л.1,05. Тираж 130 экз. Заказ 107. Санкт-Петербургский государственный архитектурно строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4. Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1. Характеристики применяемых типов оснований под асфальтобетонные покрытия; проблема повышения однородности и равнопрочности дорожной одежды.

1.2. Особенности конструирования и расчета дорожных одежд под современное движение.

1.3. Применяемые способы повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий на жестких и полужестких основаниях.

1.4. Использование нетрадиционных конструкций оснований повышенной жесткости под асфальтобетонные покрытия.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Численные и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) дорожной конструкции с несущим слоем регулируемой жесткости.

2.1. Требования к конструкции и особенности расчета дорожной одежды с несущим слоем регулируемой жесткости.

2.2. Численные исследования НДС и оптимизации характеристик конструктивных элементов дорожных одежд, включающих разрезы несущего слоя.

2.3. Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния (НДС) подсистемы «фрагментированный несущий слой - упругое основание».

2.3.1. Конструкция модели, материалы, аппаратура.

2.3.2. Методика испытаний.

2.3.3. Результаты испытаний.

2.3.4. Сопоставление данных опытов и расчетов.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Совершенствование аналитического метода расчета дорожной конструкции на основе теории пластин с разрывными параметрами.

3.1. Обоснование расчетной схемы, исходные допущения (гипотезы) и аналитические зависимости.

3.2. Влияние условий и размеров контактирования фрагментированного несущего слоя с упругим основанием на устойчивость дорожной конструкции.

3.3. Метод расчета дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем на упругом основании.

3.3.1 .Исходная расчетная модель.

3.3.2.Исходная система разрешающих уравнений.

3.3.3.Учет упругого основания (упругой среды).

3.3.4. Метод решения исходных уравнений.

3.4. Рекомендации по оптимизации расчетных решений и алгоритм расчета.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Рекомендации по выбору конструктивно-технологических решений дорожных одежд с несущими слоями регулируемой жесткости.

4.1. Конструктивные решения элементов дорожной одежды на основе выполненных экспериментальных и теоретических исследований.

4.2. Особенности технологии и организации работ при устройстве дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем.

4.3. Эффективность использования конструктивно-технологических решений устройства дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем.

Актуальность темы

В Программе модернизации и развития сети автомобильных дорог России до 2025 года, и в том числе, Северо-Западного федерального округа, перед дорожниками поставлены для решения важные социально-экономические задачи совершенствования инфраструктуры ее регионов, в том числе в отношении повышения сроков службы автомобильных дорог и безопасности движения в условиях резкого роста нагрузок и интенсивности движения.

Программой развития автомобильных дорог до 2025 года предусмотрено проведение исследований, в том числе по следующим направлениям:

- разработка новых материалов, конструкций и технологий, обеспечивающих повышение надежности и увеличение сроков службы автомобильных дорог и их конструктивных элементов, а также снижение их стоимости;

- поиск и создание принципиально новых материалов, конструкций и технологий, включая высокие и двойного назначения, конкурентноспособных на мировом рынке;

- совершенствование нормативно-технической базы дорожного хозяйства и создание системы технического регулирования, обеспечивающих существенное улучшение транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, повышение безопасности дорожного движения, экологической безопасности;

- формирование и развитие рынка научных разработок на основе совершенствования патентной, лицензионной деятельности и системы учета информации о результатах научных исследований.

К одному из важнейших направлений фундаментальных исследований Программа относит «создание новых методов расчета и конструирования элементов автомобильных дорог и сооружений на них, основанных на внедрении и широком использовании компьютерной техники».

Для реализации поставленных Правительством программных задач выполнено настоящее диссертационное исследование, предусматривающее исследование и разработку новых методов расчета и конструирования, технологии устройства жестких дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем, которые рациональны для строительства и реконструкции автомобильных дорог в условиях современного движения, характеризующегося большой массой транспортных средств, а также высокой интенсивностью и скоростью движения.

Объект исследования — методы конструирования и расчета жестких дорожных одежд.

Предмет исследования - напряженно-деформированное состояние дорожных конструкций с несущими слоями регулируемой жесткости. Цель диссертационной работы - совершенствование конструктивно-технологических решений жестких дорожных одежд с фрагментированным несущим слоем, предназначенных для повышения сроков службы автомобильных дорог в современных условиях резкого роста нагрузок и интенсивности движения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ и обобщение существующего опыта устройства и работы асфальтобетонных покрытий на полужестких основаниях, выявление путей и методов повышения сроков службы дорожных одежд данного типа;

- проведение теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции с фрагментированным несущим слоем и оптимизацией параметров несущих элементов;

- применение теории пластин с разрезами для исследования влияния условий образования и размеров зон неполного контакта несущего слоя с основанием на устойчивость дорожной конструкции;

- разработка метода расчета дорожной одежды на жестком несущем слое с разрезами и упругом основании на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

- разработка практических рекомендаций по выбору и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с фрагментированными несущими слоями.

Научная новизна работы состоит:

- в определении рациональных параметров элементов конструкции несущего слоя, обеспечивающих улучшение степени контактирования слоев по площади и во времени, а в итоге, повышение долговечности дорожной конструкции;

- совершенствовании теоретической модели жесткого несущего слоя с разрезами-изломами, предназначенной для решения задач по обеспечению необходимой несущей способности дорожной одежды от транспортных нагрузок и природно-климатических факторов с применением математического аппарата теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

- разработке технологии фрагментирования несущих слоев дорожных одежд (подана заявка на получение патента).

Практическое значение результатов исследований заключается:

- в разработке рекомендаций по выбору и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с несущими слоями регулируемой жесткости;

- разработке технологии устройства фрагментированного несущего слоя регулируемой жесткости и необходимого для этого дооборудования средствами механизации (катков, платформ и т.п.) по качественному образованию разрезов, с подачей заявки в

Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) № 2007145676 на получение патента «Способ устройства фрагментированного дорожного и аэродромного основания» на предлагаемое оборудование;

- подготовке практического метода проектирования дорожных одежд разработанного в диссертации типа и программного обеспечения для непосредственного использования в проектных организациях;

- во внедрении материалов исследования в учебные программы «Проектирование транспортных сооружений», «Технология и организация строительства и реконструкции транспортных сооружений» и участии в подготовке для издательства «Академия» учебника «Основы дорожного дела», для их использования при подготовке инженеров, бакалавров и магистров в СПбГАСУ и других учебных заведениях.

На защиту выносятся:

- постановка цели и задач исследования;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований НДС дорожной конструкции, включающей несущий слой регулируемой жесткости, и оптимизации параметров несущего слоя;

- разработанный метод расчета дорожной одежды с фрагментированным несущим слоем на упругом основании на основе теории пластинчатых систем с разрывными параметрами;

- практические рекомендации по разработке и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с фрагментированными несущими слоями;

- результаты технико-экономической эффективности использования предлагаемых конструкций и технологий.

Реализация результатов исследований осуществлена на двух объектах г. Санкт-Петербурга, на объекте в пригороде г. Великого Новгорода, на подъездной дороге к нефтедобывающему предприятию в республике Коми.

В 2008-2009 гг. намечается выполнение работ с использованием предложенных автором конструктивно-технологических решений при реконструкции нескольких участков автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения в Ленинградской области.

Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270205, УИРС, а также при выполнении дипломных работ с научными разделами. Публикации и апробация работы

Основные положения диссертационной работы изложены в четырех научных работах, докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Реконструкция Санкт-Петербурга - 2003 г.»; на Всероссийской научно-технической конференции (СПб., Павловск 2003 г.); на ежегодных (с 2004 г.) конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов в СПбГАСУ; в Комитете по благоустройству и дорожному хозяйству Правительства Санкт-Петербурга и Дорожном комитете Правительства Ленинградской области. Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и результатов, списка литературы и приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполненный анализ и обобщение существующего опыта расчета конструирования, строительства и эксплуатации асфальтобетонных покрытий на жестких несущих слоях позволили выявить и обосновать эффективное направление и пути повышения надежности и сроков службы дорожных одежд, особенно актуальные для современных условий роста нагрузок и интенсивности движения на российских дорогах.

2. Согласуемые результаты численных и экспериментальных исследований НДС предлагаемой конструкции подтвердили правомерность гипотезы фрагментирования несущего слоя с установлением рациональных соотношений размеров и форм его рабочих элементов и определением оптимизированных значений жесткостных характеристик рабочих швов и зон разрезов, обуславливающих повышение однородности по прочности (равнопрочности), равномерности деформирования и распределения напряжений в основании, а в итоге повышение несущей способности и срока службы дорожной конструкции. По обследованию опытного и контрольного участков установлено, что средние величины прогибов на опытном участке в 2 раза ниже, чем на контрольном и их разброс в 3 раза меньше.

3. В выполненном исследовании получила научное развитие потенциальная для применения в дорожном строительстве теория пластинчатых систем с разрывными параметрами. Ее применение позволяет решать задачи по расчету и конструированию дорожных одежд со слоями имеющими трещины, заданные разрезы-изломы. 4

4. В работе выполнено совершенствование теоретической модели напряженно-деформированного состояния дорожных одежд при неполном контакте (в локальных зонах) несущего слоя регулируемой жесткости с упругим основанием, позволившее установить оптимальные параметры конструкции элементов несущего слоя, в сравнении с традиционными решениями жестких дорожных одежд, обеспечивающие улучшение контактирования слоев по площади и во времени, а в итоге, повышение однородности и долговечности дорожной конструкции. Определены размеры рабочих элементов (от 0,38 до 1,53 м) для разной толщины фрагментированного бетонного несущего слоя.

5. Разработаны рекомендации по выбору варианта и оптимизации конструктивных и технологических решений дорожных одежд с фрагментированными несущими слоями для практического использования в проектных и строительных организациях.

6. Предложены решения по рациональной технологии устройства фрагментированного несущего слоя, обеспечивающей высокое качество и эффективность при устройстве дорожной конструкции и карты операционного контроля качества. Подана заявка в Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) № 2007145676 на получение патента «Способ устройства фрагментированного дорожного и аэродромного основания».

1. Адлер Ю. П. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский ; АН СССР, Науч. совет по комплекс, проблеме «Кибернетика», секция «Мат. теория эксперимента». М.: Наука, 1976. - 279 с.

2. Алейников С. М. Распределение контактного давления в зоне изменения ширины ленточного фундамента / С. М. Алейников, Э. В. Нейбург // Изв. вузов. Строительство. 1995. - № 4. - С. 19-23.

3. Аргирис Дж. Современные достижения в методах расчета конструкций с применением матриц / Дж. Аргирис ; пер. с англ. А. В. Александрова, Б. П. Державина. М. : Стройиздат, 1968. - 280 с.

4. Арманов Ф. М. Пологая оболочка с разрезами одного направления // Расчет строительных конструкций на статические и динамические нагрузки : межвуз. темат. сб. тр. / Ленингр. инж.-строит. ин-т. JI., 1985. -С. 121-126.

5. Басурманова И. В. Исследование работы дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на основании из бетона под нагрузкой // Тр. СоюздорНИИ. 1979. - Вып. 114 : Совершенствование конструкций и методов проектирования дорожных одежд. - С. 10-19.

6. БатеК.-Ю. Численные методы анализа и метод конечных элементов /

7. К.-Ю. Бате, Э. JI. Вилсон ; пер. с англ. А. С. Алексеева и др.. М.: Стройиздат, 1982.-447 с.: ил.

8. Брахно А. А. Повышение долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий // Прогрессивные технологии и новые материалы, применяемые при строительстве автомобильных дорог: всерос. науч.-техн. конф. -СПб.; Павловск, 2003. С. 13-19.

9. Брахно А. А. К вопросу влияния на срок службы дорожной одежды неполного контакта между несущим слоем и основанием // Сб. тр. ин-та «Аэропроект» и Ун-та гражданской авиации. СПб., 2004. - С. 27-33.

10. Брахно А. А. Транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог : учеб. пособие / А. А. Брахно. СПб.; Павловск : ДУИЦ, 1998. -30 с.

11. Бусоргина О. В. Расчет пологих гибких оболочек с дискретно присоединенными ребрами: автореф. дис. канд. техн. наук / Бусоргина О. В.; С.-Петерб. инж.-строит. ин-т. СПб., 1993. - 23 с.

12. Василенко Л. Т. К расчету напряженного состояния плиты на неоднородном упругом основании / Л. Т. Василенко, Н. Д. Панкратова // Прикладная механика. 1991. - № 10. - С. 31-38.

13. Васильев А. П. Проблемы разработки методов прогнозирования глубины колеи на автомобильных дорогах // Проблемы строительства и эксплуатации автомобильных дорог в начале XXI века : сб. науч. тр. / Моск. автомобил.-дорож. ин-т. М., 2000. - С. 27—32.

14. Величкина Г. Н. Изгиб прямоугольной пластинки на дискретном упругом основании, защемленной по контуру / Г. Н. Величкина; Укр. гос. хим.-технол. ун-т. Днепропетровск, 1994. - 9 с. - Деп. в ГНТБ Украины 08.09.94, № 1842-У к 94.

15. Веселков С. Ю. Устойчивость упругой полубесконечной пластины, нагруженной сосредоточенной силой на границе // Изв. РАН. Сер. Механика твердого тела. 1994. - № 5. - С. 155-158.

16. Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем / А. С. Вольмир. — 2-е изд., перераб. и доп. М. : Наука, 1967. - 384 с. : ил.

17. Гаяиов Ф. Ф. О расчете оболочек с изломами поверхности из нелинейно-упругого материала // Статические и динамические расчеты конструкций с учетом нелинейных свойств материалов : межвуз. темат. сб. тр. / Ленингр. инж.-строит. ин-т. JL, 1991. - С. 31-38.

18. Герсеванов Н. М. Расчетные формулы для предупреждения влияния вибрирующих фундаментов на изменение консистенции грунта / Н. М. Герсеванов // Бюл. ВИОС. 1933. - № 1. - С. 12-16.

19. Глушков Г. И. Расчет жестких покрытий дорог и аэродромов при наличии неполного контакта с основанием / Г. И. Глушков и др. // Автомобильные дороги. 1991. - № 1. - С. 17-21.

20. Глушков Г. И. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог: учеб. пособие. / [Г. И. Глушков и др.] ; под ред. Г. И. Глушкова. -2-е изд., перераб. и доп. М. : Транспорт, 1994. - 349 с. : ил. - (Высшее образование).

21. Дышель М. Ш. О локальной потере устойчивости пластин с трещинами при циклическом нагружении // Прикладная механика. — 1988. — Т. 24, №6.-С. 118-121.

22. Железников М. А. Исследование напряженного состояния однородного и двухслойного оснований шарнирно-соединенных плит / М. А. Железников,

23. Ж. А. Кондрашова, Ю. Г. Саккаев // Тр. СоюздорНИИ. 1969. - Вып. 28. -С. 213-252.

24. Зенкович О. С. Конечные элементы и аппроксимация / О. С. Зенкович, К. Морган ; пер. с англ. Б. И. Квасова ; под ред. Н. С. Бахвалова. — М. : Мир, 1986.-318 с.: ил.

25. Игнатьев Ю. В. Исследование прочности сборно-сочлененных конструкций дорожных покрытий : автореф. дис. канд. техн. наук / Игнатьев Ю. В.; Урал, политехи, ин-т. Свердловск, 1965. - 12 с.

26. Изыскания и проектирование аэродромов : справочник / Г. И. Глушков, А. П. Виноградов, В. Н. Иванов и др. ; под ред. Г. И. Глушкова, Д. А. Могилевского. М. : Транспорт, 1979. — 327 с.: ил.

27. Казарновский В. Д. Современные тенденции и проблемы в развитии конструкций и методов расчета дорожных одежд // Наука и техника в дорожной отрасли. 2001. - № 3. - С. 7-8.

28. КандауровИ. И. К теории распределения напряжений в зернистом основании // Основания, фундаменты и механика грунтов : науч.-техн. журн. Гос. Комитета Совета Министров СССР по делам строительства. 1963. -№3.-С. 9-13.

29. Карпенко Н. И. Теория деформирования железобетона с трещинами / Н. И. Карпенко. М.: Стройиздат, 1976. - 208 с.: ил.

30. Карпов Б. Н. Влияние на работу бетонного покрытия чередования различных типов поперечных швов // Дороги, мосты, геодезия : крат, содерж. докл. к XXVII науч. конф. проф.-преподават. состава ЛИСИ (19 февр. 1969 г.). Л., 1968. - С. 22-26.

31. Карпов Б. Н. Деформации плит бетонных покрытий от воздействия природных факторов // Сб. трудов молодых ученых / Ленингр. ииж.-строит. ин-т.-Л., 1968.-С. 33-36.

32. Карпов Б. Н. Сборные многокомпонентные дорожные покрытия: автореф. дис. д-ра техн. наук / Карпов Б. Н. СПб., 2000. - 52 с.

33. Карпов Б. Н. Экономичные конструкции дорожных покрытий / Б. Н. Карпов и др. // Сельское строительство. 1988. — № 1. - 45 с.

34. Карпов Б. Н. Эффективные сборные дорожные покрытия для районов Севера и Сибири / Б. Н. Карпов, А. М. Симановский, А. Б. Цветков. JI. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. — 96 с. : ил.

35. Кипиани Г. О. Устойчивость пластин с прямоугольными вырезами при неравномерном нагреве / Г. О. Кипиани, Б. К. Михайлов // Температурные задачи и устойчивость пластин и оболочек : межвуз. науч. сб. Саратов, 1988. - С. 51-52.

36. Кипиани Г. О. Устойчивость сжатой прямоугольной пластины с косыми разрезами / Г. О. Кипиани, Б. К. Михайлов, А. И. Джанашвили // Строительная механика сооружений: межвуз. темат. сб. тр. / Ленингр. инж.-строит. ин-т. Л., 1989. — С. 53-56.

37. КлафР. У Метод конечного элемента в решении плоской задачи теории упругости // Расчет строительных конструкций с применением электронных машин: сб. ст. -М., 1967. С. 142-170.

38. Коновалов С. В. Теория, расчет и контроль прочности жестких дорожных одежд / С. В. Коновалов, М. С. Коганзон // Тр. Моск. автомобил.-дорож. ин-та. — 1972. — Вып. 44 : Строительство автомобильных дорог. — С. 23-60.

39. Корсунский М. Б. Практические методы определения напряженно-деформированного состояния конструкции дорожных одежд // Тр. СоюздорНИИ. 1966. - Вып. 6. - С. 5-78.

40. Корсунский М. Б. Определение напряжений, перемещений и деформаций в упругом полупространстве, на котором лежит бетонная плита / М. Б. Корсунский, М. А. Железников // Тр. СоюздорНИИ. 1983. - Вып. 3. -С. 4-87.

41. Лапшин С. В. Исследование напряженно-деформированного состояния ц/б покрытий с трапецеидальными плитами / С. В. Лапшин, Л. Б. Каменецкий // Автомобильные дороги : информ. сб. / ЦБНТИ. М., 1991.-Вып. 1.-С. 17-21.

42. Ле Суан Хунг. Устойчивость прямоугольных пластинок с разрезами и отверстиями, подкрепленными ребрами : автореф. дис. . канд. техн. наук / Ле Суан Хунг; Ленингр. инж.-строит. ин-т. Л., 1985. - 23 с.

43. Левицкий Е. Ф. Бетонные покрытия автомобильных дорог / Е. Ф. Левицкий. М.: Транспорт, 1980. - 288 с.

44. Лукасевич С. Локальные нагрузки в пластинах и оболочках / С. Лукасевич; пер. с англ. и пол. Б. Н. Ушакова; предисл. В. Л. Бидермана. М.: Мир, 1982. - 542 с.: ил.

45. Масленников А. М. Метод конечных элементов // Справочник по теории упругости: (для инженеров-строителей) / под ред. П. М. Варвака и

46. А. Ф. Рябова. Киев, 1973. - Гл. 14. - С. 239-260.

47. Масленников А. М. Расчет строительных конструкций численными методами : учеб. пособие / А. М. Масленников. — Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1987.-224 с.

48. Мерзликин А. Е. Объемные георешетки в конструкции дорожнойодежды / А. Е. Мерзликин, В. Д. Казарновский // Геотекстиль и геосинтетики при строительстве автомобильных дорог: междунар. семинар (Москва, 2001): материалы. / СоюздорНИИ. М., 2001. - С. 69-77.

49. Михайлов Б. К. Изгиб пластины с разрезами // Расчет пространственных строительных конструкций : сб. ст.. Куйбышев, 1975. - Вып. 5 : Задачи строительной механики упругих и упруго-пластических систем. — С. 96-106.

50. Михайлов Б. К. Деформативность и устойчивость пространственных пластинчатых систем с разрывными параметрами / Б. К. Михайлов,

51. A. Е. Мерзликин, В. Д. Казарновский. СПб., 1996. - С. 19-29.

52. Михайлов Б. К. Расчет изгибаемых пластин с трещинами и разрезами // Исследование новых типов пространственных конструкций граж-данских зданий и сооружений : (сб. науч. тр.). Л., 1977. - С. 78-86.

53. Михайлов Б. К. Основы теории и методы расчета на устойчивость трехслойных пластин с разрезами / Б. К. Михайлов, Г. О. Кипиани,

54. B. Г. Москалева ; под ред. Б. К. Михайлова ; Ленингр. инж.-строит. ин-т, Груз. техн. ун-т. — Тбилиси : Мецниереба, 1991. 189 с. : ил.

55. Могунов В. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния стержневых конструкций и пластин при плоском изгибе // Изв. вузов. Строительство. 1993. - № 1. - С. 8-12.

56. Москалева В. Г. Устойчивость сжатых пластин с разрезами / В. Г. Москалева, Б. К. Михайлов // Численные методы в краевых задачах математической физики: межвуз. темат. сб. тр. / Ленингр. инж.-строит. ин-т.-Л., 1985.-С. 155-161.

57. Методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса : утв. 03.03.88, № 60/52 / Гос. ком. СССР по науке и технике, АН СССР.-М. : Б. и., 1988.-19 с.

58. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд: (взамен ВСН 197-91) : введ. 03.12.2003 / М-во транспорта РФ, Гос. служба дорож. хоз-ва (Росавтодор). Изд. офиц. - М.: Б. и., 2004. -135 с. : ил., табл.

59. Новицкий В. В. Дельта-функция и ее применение в строительной механике // Расчет пространственных конструкций : сб. ст. М., 1961. -Вып. 6. - С. 207-245.

60. Носов В. П. Повышение долговечности дорожных одежд важнейшее направление технической политики дорожной отрасли / Моск. автомобил.-дорож. ин-т. - М., 2000. — Вып. 2. - С. 5-9.

61. Носов В. П. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог / В.П.Носов и др.; под ред. Г.И.Глушкова. М. : Транспорт, 1987. -254 с.

62. Орловский В. С. Проектирование и строительство сборных дорожных покрытий / В. С. Орловский. М.: Транспорт, 1978. — 149 с.: ил.

63. Орловский В. С. Расчет основания под сборное покрытие // Автомобильные дороги. 1986. - № 1. - С. 18-20.

64. Особенности проектирования одежд промышленных и городских дорог // Совершенствование проектирования и строительства автомобильных дорог.-Харьков, 1982.-С. 184-189.

65. Отраслевая методика оценки уровня качества изделий, изготовляемых и используемых в предприятиях дорожного хозяйства: утв. 23.09.1980. — М.: Стройиздат, 1986. 63 с.

66. Павлова Н. С. Особенности работы тротуаров с покрытиями из сборных бетонных элементов // Совершенствование методов строительства и эксплуатации автомобильных дорог : сб. науч. тр. / Моск. автомобил.-дорож. ин-т. М., 1982. - С. 84-89.

67. Палатников Е. А. Прямоугольная плита на упругом основании / Е. А. Палатников. М.: Стройиздат, 1964. - 236 с.

68. Предложения по расчету и конструированию цементобетонных покрытий на основаниях разных типов / Гос. всесоюз. дор. НИИ (СоюздорНИИ). Балашиха, 1968. - 68 с.: ил.

69. Салль А. О. Трещиноустойчивость покрытий на основании из материалов, укрепленных цементом // Опыт службы дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями : сб. ст.. — Л., 1972. С. 20-25.

70. Салль А. О. Прочность покрытий на основаниях из неукрепленных материалов // Опыт службы дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями : сб. ст.. Л., 1972-С. 12-20.

71. Сборные покрытия военно-автомобильных дорог: учеб. пособие / под ред. А. А. Калерта; Воен. акад. тыла и транспорта. Л., 1958. - 310с.: ил.

72. Сборные покрытия автомобильных дорог : учеб. пособие для автомобил.-дорож. вузов и фак. / под ред. В. М. Могилевича. М. : Высш. шк., 1972. - 384 с.: ил.

73. Сиденко В. М. Автомобильные дороги : (совершенствование методов проектирования и строительства) / В. М. Сиденко, О. Т. Батраков, М. И. Волков ; под ред. В. М. Сиденко. Киев : Буд1вельник, 1973. -279 с.

74. Сикаченко В. М. Разработка конструкции и оценка напряженно-деформированного состояния жесткой дорожной одежды со сборным основанием из решетчатых плит: автореф. дис. . канд. техн. наук / Сикаченко В. М.; Сиб. автомобил.-дорож. ин-т. Омск, 1995. - 23 с.

75. Симановский А. М. Новая конструкция сборного дорожного основания /

76. A. М. Симановский, Б. Н. Карпов // Информ. листок № 658-81. Л., 1982. -13 с.

77. Смирнов А. В. Расчет дорожных и аэродромных конструкций на динамические воздействия : монография / А. В. Смирнов; Сиб. гос. автомобил.-дорож. акад. (СибАДИ). Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. -51 с.

78. Столяров В. В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска : в 2 ч. / В. В. Столяров ; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : СГТУ, 1994.-Ч. 1.-183 с. :ил.; Ч. 2.-231 с. : ил.

79. Столяров В. В. Дорожные условия и организация движения с использованием теории риска: учеб. пособие для студентов /

80. B. В. Столяров ; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. - 167 с.: ил.

81. Ткачев А. И. Исследование и оптимизация крановой технологии укладки плит сборных покрытий городских улиц и дорог: автореф. дис. . канд. техн. наук / Ткачев А. И.; Горьк. инж.-строит. ин-т им. В. П. Чкалова.1. Горький, 1973. 19 с.

82. Указания по проектированию аэродромных покрытий. СН 120-70 : срок введ. 1 янв. 1971 г. / Гос. ком. Совета министров СССР по делам стр-ва (Госстрой СССР). Изд. офиц. - М.: Стройиздат, 1970. - 111 с.

83. Ушаков В. В. Повышение эффективности проектирования и строительства автомобильных дорог горнопромышленных предприятий. Забтранс, 1998.-115 с.

84. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман и др.; пер. с нем. Г. А. Фомина и Н. С. Лецкой ; под. ред. Э. К. Лецкого. М.: Мир, 1977. - 552 с.: ил.

85. May J. Н. Elastic stability of plates with and without opening / J. H. May, Т. H. Ganaba // Eng. Computat. 1988. - Vol. 1, N 1. - P. 13-23.

86. Filaflex R. Une solution nouvelle aux problemes de tissuration // Rev. gen. des routes et des aerodromes. 1989. -N 669. - P. 33-45.

87. Schtzbach A. M. The crack and seat method of pavement rehabilitation // Public works. 1989 - Vol. 120, N 12. - P. 52-55.

88. Thompson M. R. Breaking/cracking and seating concrete pavements / Marshal R. Thompson. — Washington (DC) : Transportation Research Board : Nat. Research Council, 1989. 39 p. : il. - (Synthesis of highway.practice / NCHRP; N 144).

89. Gusfeldt H. H. Vermeiden von Reflexionsrissen // Bitumen. 1990. - Bd. 52, Nl.-S. 33-34.

90. Lorenz V. M. New Mexico study of interlayers used in reflective crack control // Transp. Res. Rec. 1987. - N 1117. - P. 94-109.

91. Quing Lin Sha. The cracking of bituminous surfacing on semi-rigid rood bases in China // Austral. Road Res. 1988. - Vol. 18, N 2. - P. 97-106.

92. CaroffG. Chausses neuves : orientations // Rev. gen. des routes et des aerodromes. 1988. - Vol. 63, fasc. 662. - P. 11-12.

93. HDM-4 (Highway development and management) electronic research. -Washington (DC): The World Bank, 1997.