автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование конструкций железобетонных плит из мелкозернистых бетонов для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог

Марийский государственный технический университет

л л

На правах рукописи

V 1

1ЯЯ7

УДК 625.874:630*383. 4.

САВЕЛЬЕВ Валерий Владимирович

> -

:ОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ' ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ ДЛЯ КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ.АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства' и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ, диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

Йошкар-Ола 1997

Работа выполнена' в Марийском государственном техническом университете. .. , ' ' '

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ю.Я.Дмитриев.

Научный консультант »- кандидат технических наук, доцент

A. Д.Грязин.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

B.К.Курьянов;

кандидат технических наук, доцент Н. П.Буданов. •

Ведущёе предприятие - А00 лесопромышленная холдинговая

компания "Кировлеспром".

Защита состоится " 9-9' а^срл.с $ 1997; г. в часов на

• заседании диссертационного совета К 064.30.02 при Марийском государственном техническом университете по адресу:. 420024. Республика Марий Эл. г. Йошкар-Ола, пл.' Ленина. 3.

С. диссертацией можно ознакомиться^ в библиотеке Марийского государственного технического университета.

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: .420024, Республика Марий

Эл. г. Йошкар-Ола. пл. Ленина,'3, МарГТУ, Ученому секретарю..

«

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

доцент М.Ю.Смирнов

- 3 -•

'.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Лесовозный автомобильный транспорт является важной составной' частью технологии лесозаготовительного производства, на долю которого приходится более 872 объема вывозимых лесоматериалов. Эффективность его работы определяется в значительной степени наличием и качественным состоянием лесовозных дорог круглогодового действия, ритмичностью работы и высокими скоростями движения лесовозных автопоездов.

Многие лесозаготовительные предприятия и частные фирмы в 1991...1996 годах не занимались и сейчас ничего не могут предпринять по строительству автомобильных дорог с твердым покрытием: одни из-за отсутствия достаточных .средств для этих целей, другие в нем не заинтересованы (это, как правило, частные предприниматели. покупающие "лес на корню" у существующих дорог). В сложившихся условиях проблему дорожного строительства в лесу и особенно в тех районах РФ, где отсутствуют или имеются незначительные запасы качественных каменных материалов, можно решить за счет применения рекомендуемых нами болёе дешевых сборных и сборно-разборных колейных покрытий из железобетонных плит. Автомобильные'дороги с колейным покрытием из железобетонных плит известны давне и имеют ' ряд преимуществ по сравнению с другими типами дорожных конструкций: высокую индустриальность дорожно-строительных работ, малую зависимость вывозки лесоматериалов от погодных услоеий. возможность повторного использования плит,, малое сопротивление движению автопоездов. Основным ограничительным фактором широкого применения сборного железобетона при строительстве автомобильных дорог является дефицитность цемента и качественного каменного заполнителя для получения тяжелого цементного бетона, из которого, как правило, изготавливают дорожные плиты. - ■■

С целью устранения этого негативного фактора .ведутся исследования по применению в дорожном строительстве других видов' бетона на основе'местных материалов (песка, извести и др.), а также отходов различных отраслей промышленности (шлака, золы и т. д.) на- . ряду с разработкой .надежных и экономичных конструкций плит .из тяжелого цементного бетона и покрытий из них. В связи с этим исследовательские работы в этой области являются актуальными и имеющими практическое значение. ■ ^ . '

-Цель работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований внесту определенный вклад.в совершенствование коне-

трукций железобетонных плит и колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог из мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов на основе местных материалов.

Для практической. реализации ■ данной цели определены следующие задачи:

1. Уточнить величину расчетной нагрузки и расчетную схему загрузки дорожных плит внешней подвижной нагрузкой от ■ колес лесовозных автопоездов.

2._ Обосновать райиональнув ширину дорожных плит и разработать рекомендации по назначению параметров покрытия из железобетонных плит. . \

3. Разработать методику определения.параметров ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и колейных покрытий •лесовозных дорог с применением ЭВМ.

4. Разработать конструкции дорожных плит из мелкозернистых-(цементного и плотного силикатного) бетонов, изготовить их и испытать в заводских и производственных условиях.

Решение этих задач проводилось в соответствии с. планом научно-исследовательских работ МарПК в 1974...1990 гг. (номера ГР тем 74042873,72045787, 0182.2003308, 01860126422, 01.86.0033243). Автор диссертации являлся исполнителем или ответственным исполнителем этих тем.

Научная новизна работы определяется полученными результатами, которые выносятся нами на защиту:

1. Обоснованные величины расчётной нагрузки на дорожные плиты на ■ основании обработки методами математической статистики данных замеров грузовых параметров лесоЕозных автопоездов в современных условиях.(для лесозаготовительных предприятий Кировской области).

2. Уточненная и рекомендуемая к использованию в практике рас-, четная схема загрузки дорожных плит' колейных покрытий внешней, подвижной нагрузкой от колес лесовозных автопоездов.

3. Обоснованные ширина плит и параметры колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог.

4. Разработанная методика определения максимальных, расчетных усилий в сечениях дорожной плиты от воздействия любого сочетания подвижных колесных нагрузок с учетом вида стыкового соединения.

5. Представленнная методика определения параметров конструкций плит из ненапряженного железобетона и колейного покрытия лесовозных дорог. •

— ^ -

6. Рекомендуемая система автоматизированного проектирования (САПР) ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона (тяжелого и мелкозернистого цементных, плотного силикатного) для сборных и сборно-разборных покрытий лесовозных дорог.

Практическая ценность

1. Применение мелкозернистых (цементного и плотного силикатного) бетонов взамен тяжелого цементного бетона для производства дорожных плит обеспечивает экономию денежных .'средств за счет снижения расхода арматурной стали, отказа от использования чаще всего привозного крупного каменного заполнителя.;, а также цемента при ■ приготовлении силикатобетонных смесей. ■ ' -

2. Результаты выполненных исследований'апробированы .в производственных условиях, получили признание производства и рекомендованы к использованию при разработке нового отраслевого стандарта на железобетонные плитц. для покрытий лесовозных автомобильных дорог. ' .

3. Применение разработанной САПР позволяет существенно сокра-.тить трудоемкость и сроки разработки конструкций дорсяиых плит

для колейных покрытий автомобильных дорог различного назначения.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при расчете и разработке конструкций дорожных плит из мелкозернистого (пейчаного) цементного и плотного силикатного бетонов по плану объединений "Вологдалеспром" в 1976...1977 гг. и "Кировлеспром" в 1986... 1990 гг. ' . - ".'■'''

Положения диссертационной раб'оты реализованы при изготовлении экспериментальных образцов и опытных партий "дорожных плит из плотного силикатного бетона Красковским опытным заводом ВНПО стеновых и вяжущих материалов Минпромстройматериалов СССР и из мелкозернистого (песчаного) цементного бетона Кировским заводом ЖБИ треста "Лесстройдеталь". при их испытании в заводских условиях' и внедрены на лесовозных дорогах Белозерского ЛПХ Вологодской области в.1977 г.,' Волманского ЛПХ в 1Э89 г. и Майсдого ЛПХ Кировской области "в 1990 году". ' .

Разработаны технические условия ТУ 21-53-60-88 "Плиты из плот-" ного силикатного бетона для колейных покрытий лесовозных- .автомобильных дорог". Документация для изготовления дорожных плит из мелкозернистых бетонов передана ТПО "Вологдалеспром" и "Кировлеспром". . ' "

Результаты диссертационной работы используются в учебном про-

- 6 - . • ■ цессе при подготовке инженеров по. специальности "Лесоинженерноё • дело".

Апробация работы. Основные результаты-исследований отражены Е" . научных 'отчетах кафедры сухопутного транспорта леса Марийского политехнического института им. А.М.Горького за 1976, 1977, 1980, 1982, 1986...1990 годы, докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях Марийского политехнического института им.А.М.Горького (Йошкар-Ола, 1975,1976,1978,1979,1988, ■ 1989}; на Всесоюзном симпозиуме по проблемам автоматизации проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных, массивов. - (Петрозаводск,'1978); на научно-технической конференции МЛТИ (Мы-•■ -тащи, 1981): на научно-технической конференции ЛТА им. С. М. Кирова (Ленинград. 1988); на технических советах ТПО "Кировлеспром" (Ки-. ров. 1Э86...1990); в отделе плотного силикатного бетона ВНИИстрок им. П.П.Будникова ВНПО стеновых и вяжущих материалов Минпромстрой-материалов СССР (Красково,, 1987... 1989); на научной конференции МарГТУ (Йошкар-Ола, 1996).

Публикации. Но материалам диссертационной работы опубликовано Ю статей.

Объем и структура' работы., Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, ..включающего 116 наименований, и 28 приложений. Общий объем работы 271 страницы машинописного текста с 41 таблицей й 21 рисунком, в том числе 87 страниц приложений. Приложения включают 31 таблицу, акты и результаты испытаний плит и другие материалы по теме диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ -Бо введении дано обоснование актуальности диссертационной работы,- определена цель исследований, изложены научная новизна . к практическая ценность работы и сформулированы основные положения, - выносимые на защиту.

В первой главе лриведен обзор "й анализ теоретических'и экспериментальных исследований в области расчета и конструирования железобетонных ненапряженных плит для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог, ■ а также видов бетона применяемых для их изготовления. . '

На основании анализа ранее выполненных работ и современного , состояния применения железобетонных плит в колейных покрытиях лесовозных автомобильных дорог сделаны следующие, выводы:

1. Опыт строительства и эксплуатации колейных покрытий из железобетонных плит показал их преимущества перед другими видами покрытий автомобильных дорог и целесообразность их применения в лесных районах с недостаточными ресурсами местных каменных материалов. '■ ' .

2. При определении внешних расчетных усилий (реактивные давления, поперечные силы и изгибающие моменты), возникающих в сечениях плиты от воздействия многократно повторяющейся подвижной нагрузки от колес автотранспортных средств, наибольшее распространение получили метод М.И.Горбунова-Посадова при расчете плит с упруго-податливыми стыками и метод И.А.Симвулиди при расчете плит со!сварными стыковыми соединениями.

а: При конструировании дорожных плит с,ненапрягаемой.арматурой размеры их в плане назначаются без достаточного обоснования и расчетов. Между тем ширина и -длина железобетонных плит являются основными параметрами колейного покрытия, определяющими напряженное состояние'основания и плит, величины внешних расчетных уси-" лий, расход арматурной стали и компонентов бетона, ■ продольную и поперечную устойчивость плит в колесопроводах покрытия,- скоростной режим, безопасность движения и технико-экономические показатели работы автопоездов на вывозке лесоматериалов. , 4. Размеры глубоких впадин (ячеек) и их размещение на опорной поверхности ненапряженных плит назначались без учета воздействия внешней подвижной нагрузки.

■ 5. В существующей практике расчета железобетонных плит колейных покрытий автомобильных доро^ рассматриваются две основные расчетные схемы приложения сосредоточенной внешней нагрузки (в центре и на.краю плиты). являющиеся частными схемами- загружения плиты из множества возможных размещений колес автотранспортных средств. ,

6. Тяжелый цементный бетон является основным материалом для изготовления дорожных плит. Одним из путей снижения стоимости железобетонных плит является применение' мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов на основе местных материалов (песка и извести).

. Основной целью настоящей работы является исследование целесообразности применения мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов в лесном-дорожном строительстве-и дальнейшее совершенствование методики расчета конструкций железо-

- 8 - •

бетонных плит из этих бетонов и параметров колейного покрытия лесовозных дорог.

Для практической реализации ее поставлены следующие задачи: .

1. - Обоснование величины расчетной нагрузки с учетам метода расчета железобетонных плит и использования грузовых параметров лесовозных автопоездов на выво'зке лесоматериалов.

2. Уточнение расчетной схемы загрузки дорожных плит внешней подвижной нагрузкой от колес различных автотранспортных средств.

3. Обоснование рациональных параметров дорожных плит и разработка практических рекомендаций по назначению параметров -колейного покрытия лесовозных дорог.

4. Разработка методики оптимизации параметров ненапряженных железобетонных плит из различных видов бетона для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог с применением ЭВМ.

5. Разработка рациональных конструкций дорожных плит из мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов.

6. Изготовление экспериментальных образцов плит из- мелкозернистых бетонов и их стендовые испытания для установления прочности и трещиностойкости и уточнения конструкции и армирования.

.7. Изготовление опытных партий плит из мелкозернистых'бетонов, строительство опытных участков колейного покрытия на лесовозных автомобильных дорогах для выполнения -производственных испытаний.

.8. Определение экономической эффективности производства дорожных плит, из различных, видов бетона и их применения при 'строительстве колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог.

Во второй главе приведена методика исследований по установлению параметров и разработке конструкций железобетонных плит. из различных видов, бетона для покрытий лесовозных дорог, а также основные положения по технологии изготовления дорожных плит из мелкозернистых (цементного и плотного силикатного) бетонов, методике их стендовых испытаний и технология строительства опытных участков из плит на действующей лесовозной автомобильной дороге.

Уточнение величины расчетной нагрузки на плиты необходимо ввиду движения по лесовозным автомобильным дорогам различных автотранспортных средств, появления новых типов лесовозных автопоездов и изменения ассортимента вывозимых лесоматериалов. Для чего следует установить марку расчетного автомобиля или прицепного состава и нормативную нагрузку на колесо. Для определения коэффициента перегрузки колес подвижного состава разработана, методика.

' - э -

основанная на обработке методами математической статистики экспериментальных данных замеров фактических грузовых и габаритных параметров лесовозных автопоездов.

Технология -изготовления дорожных плит приведена с учетом особенностей производства изделий из плотного силикатного и мелкозернистого (песчаного) цементного бетонов и некоторых изменений в существующих технологических процессах на заводах ЖБИ. Жесткие мелкозернистые бетонные смеси рекомендуется уплотнять вибрированием с дополнительным пригрузом. обеспечивающим удельное давление на поверхность формуемых изделий не менее 0,01 МПа и представляющим собой специальную пригрузочную плиту (при формовании сплошных плит) и кессонообразователь (при формовании ребристых плит). Качество бетона при изготовлении дорожных плит оценивается по его прочности, плотности и классу по прочности на сжатие.

С целью проверки теоретических положений, принятых при расчете конструкций, и установления прочности и трещиностойкости предлагаемых конструкций дорожных плит из мелкозернистых бетонов разработана методика их испытания нагружением согласно требований ГОСТ 8829-85, ГОСТ 21924.0-84. и ГОСТ 25912.0-83.

Для обеспечения выполнения технических требований к земляному полотну и песчаному основанию и безопасности работ при строительстве опытного участка из железобетонных плит на действующих лесовозных" дорогах разработана технология демонтажа плит, ремонта земляного .полотна, подготовки подстилающего слоя из песка и укладки плит в покрытие. ...

В третьей главе определена величина расчетной нагрузки на дорожные плиты от колес лесовозных автопоездов, уточнена расчетная схема загрузки дорожных плит внешней подвижной нагрузкой от воздействия колес автотранспортных средств и обоснованы основные параметры дорожной плиты и колейного покрытия лесовозных, дорог.

На основании обработки методами математической статистики многочисленных данных загрузки автопоездов МАЗ-509А+ГКБ-9383 и Кр'АЗ-255Л+ГКБ-9383, собранных' коллективом кафедры под руководс-твомМ. Ю. Смирнова в -- лесозаготовительных" предприятиях Европейс-ко-Уральской зоны РФ, установлено, что коэффициенты перегрузки • колес автомобилей МАЗ-509А, КрАЗ-255Л и прицепа-роспуска ГКБ-9383 находятся соответственно в пределах 1.16...1,75. 1,10...1,49 и 1,13. ..1,47. Анализ, выполненных нами исследований показывает, что в качестве расчетного транспортного средства при расчете плит ко-

лейных покрытий лесовозных дорог следует принимать лесовозный автопоезд МАЗ-509А+ГКБ-9383 с нормативной нагрузкой на колесо до 47.5 кН. Максимальные значения коэффициентов перегрузки колес подвижного состава следует учитывать при расчете железобетонных плит на прочность и трещинсстойкость. При расчете дорожных плит на выносливость следует применять усредненный коэффициент перегрузки колес. из-за постоянного перегруза лесовозных автопоездов при хлыстовой вывозке лесоматериалов, равный 1.5 для условий Кировской области.. Результаты расчетов, выполненные на ЭВМ по данному вопросу, приведены в табл. 1.

■ Таблица 1

Влиянние величины расчетной нагрузки на прочность, выносливость и трещиностойкость дорожных плит

Вид расчета дорожных плит

-г-

I Значе-! ния I коэффициента I пере-Ггрузки I колес

Величина i изгибающего I момента, кН-м Ь

Площадь поперечного■ сечения арматуры, "м2

положительного

--¡продольной, рас- I попе-

отрица-1 положенной в зоне| реч-

тель1 1-1-:-1 ной

ноге 1 нижней . I верхней I

По прочности | На выносливость!

На раскрытие ,трещин

1,7 1.0 1,5 1.7

1,7

19,14 20,37 22, 82 24.16

20,37

12, 27 13,84 15,92 16, S4

13.38

0. 0008 0.0011 О, 0020 0. 0026

0,0006 0,0009 0.0016 О, 0020

О, 0005 0. 0005 О,0016 О, 0021

0,0010 I 0,0008 I 0.0005

Анализ данных табл. 1 показывает, что расчет на выносливость сечений плиты является определяющим, а величины изгибающих моментов и площади поперечного сеченния арматуры различного назначения зависят от величины расчетной нагрузки.

Проведенные расчеты с применением разработанной нами программы для ЭВМ по определению расчетных усилий в поперечных сечениях плиты показали:

1. При -перемещении расчетной нагрузки от края плиты к эе середине происходит заметное количественное и качественное изменение изгибающих моментов и поперечных сил.

2. Величина максимального положительного изгибающего момента

возникает з сечениях плиты, смешенных от центра к краю плиты.

3. В поперечных сечениях плиты возникают различные по величине знакопеременные напряжения от максимальных положительных и • отрицательных изгибающих моментов и поперечных сил (см. рис. 1).

Кот»««'" (1) ——

1 к ___^

/•с ____-д

Ч^ чд ад (,3 1,5 г,< г,ч V

--- _----

М^.инм

Рис. 1. Линии влияния" максимальных изгибающих моментов от воздействия на плиту расчетной нагрузки от заднего колеса

автомобиля МАЗ-509А•С- от действия внешней нагрузки;

—— от действия внешней нагрузки ¡-['усилий з стыках') Данные обстоятельства имеют существенное значение при расчетах на прочность, выносливость и трещиностойкость сечений, нормальных и наклонных к продольной оси плиты, при размещении продольной и . .поперечной арматуры в сечениях по длине и ширине плиты, при определении -размеров и размещении глубоких ¿Гпадин (ячеек-; на спорной поверхности ребристых плит. •

В связи с вышеизложенным нами предлагается определять значения расчетных усилий в сечениях плит с учетом различных положений на ■них системы подвижных нагрузок от колес расчетного автопоезда я вида соединения смежных плит в колейном покрытии (рис. 2).

г)гт !>п)У //,' ги /п ¡И 1/Ь>Гт ?)/ лу1 /// )Гпп Ъ> пгт^гт!

б) X,

1А ^

и а) V;/ ш т п/ п> N1 ш ш >п ¡7П1у ш /}) ////ЛЧ?/

Т

Рис. 2. Расчетные схемы загрузки дорожных плит колейных покрытий системой подвижных нагрузок Р, от колес транс-

/портных средств и поперечных усилий У! (а - при наличии упруго-податливых стыков: б - при наличии сварных стыков) При использовании предлагаемых расчетных схем следует -определить цо методу М.И.Горбунова-Лосадова или по методу И.А.Симвулиди массивы значений расчетных усилий в заданных сечениях каждой'загруженной плиты при различных положениях на ней подвижных нагрузок от одного, двух и более колес расчетного автопоезда. Затем из полученных .массивов значений расчетных усилий вычисляются максимальные величины реактивных/давлений, положительных и отрицательных. изгибающих моментов и поперечных сил в заданных сечениях плиты (см. рис. 1). - , ч

Для определения параметров колейного покрытия.можно применить расчетную схему (рис. 3) и ¡зависимости.' предложенные М.С.Замахае-вым, Н. Ф. Хорошиловым. И. И. Леоновичем. А. Н. Холоцовым и др.

Рис. 3. Схема для определения параметров колейного покрытия Ширина проезжей части колейного покрытия определяется из выражения '

В0 = Б + 2 а = 2 Ь + К, (1)

Ширину колесопровода (плиты) можно определить по формулам

Ъ = 2 а, -. ' (2)

Ь = Ьк +• 2 х. ' (3)

Величины а их представляют собой полосы покрытия, в пределах которых возможно безопасное изменение траектории качения колес транспортных средств при их движении, зависят от скорости движения и технического состояния автомобилей и определяются по различным зависимостям. Выполненные расчеты показали, что применение формулы. (3) для обоснования ширины плиты представляет определенную трудность в виду движения по лесовозным дорогам автомобилей и автопоездов с различной шириной колеи и колес. . • ...

- 13 -' • '

Определение величины а и ширины плиты Ь рекомендуется проводить с использованием зависимости, предложенной Н.Ф.Хорошиловым и ; не учитывающей размеры колес автомобилей •

а. - |/ 0.1 + 0, 027 V . (4)

Из схемы (рис. 3) видно, что ширина проезжей части колейного покрытия В0 и ширина межколейного пространства к зависят от ширины колеи Б колео автомобилей:

-В0 = Э + Ь . . ' (5)

к = 3 - .ь . . (6)

Расчетную ширину плиты Ьрас (см. табл. 2), удовлетворяющую ус-. ловиям движения различных транспортных средств, предлагается вычислять по формуле, полученной из- совместного решения уравнений (5) и (6):. .

Ьрас = 0.5' (Вотах -к,,»). (7)

Таблица 2

Расчётные значения ширины плиты и ширины межколейного пространства, м

! ~ " ч : Рас-| Категория дороги

Состав чет-^ " 1 -

транспортных - средств ные 1 магистрали

вели-Ь . ветки

чины ,| Ш-в П-в

1.Лесовозные автопоезда на базе

автомобилей: КрАЗ-255Л Ь ' 1 .1,40 1.25 1,15

к 1 0,70 . 0.90 1.00

МАЗ-509А * ь 1 1,40 1.25 1.15

к 1 0,50 0,70 0.80

2.При учете движения автомобилей

различного типа (в т.ч. легко-

вых) и лесовозных автопоездов

на базе автомобиля: - к ! 0.0 0 0. 00 0.00 '

КрАЗ-255Л Ь ! 1.75- 1,70 1.65

МАЗ-509А Ь 1 1,65. , 1,60 1,55

При назначении-параметров колейного покрытия лесовозных дорог следует учитывать соотношение■ всех групп автомобилей в составе транспортного потока. При строительстве дороги для движения одного типа лесовозного автопоезда на базе автомобиля КрАЗ или МАЗ

при незначительной доле прочих автомобилей следует назначать параметры покрытия в зависимости от категории дороги по данным п. 1 •табл. 2. Для снижения стоимости плит и эффективной эксплуатации всего автомобильного транспорта (п. 2 табл. 2) нами рекомендуется устраивать на магистральных путях покрытие из плит шириной 1,5 м и шириной межколейного пространства' 0.3 или 0,5 м соответственно для.лесовозных-автопоездов на базе МАЗ-509А или КрАЗ-255Л.

.Допустимую (безопасную) скорость движения автомобилей и. лесовозных автопоездов по дорогам с колейнш покрытием, зависящую от 'ширины их колеи, ширины плит и межколейного пространства, • рекомендуется определять из зависимостей

при 3 при 3

Ь + к Ь + к

V,

0,4] / 0,108,

= [.(2 Ь + К - Б)

г _

0,4] / 0,108.

(8) (9)

Результаты исследований влияния параметров колейного покрытия на прочность дорожных плит приведены на рис. 4 и 5.

К

20 «

, 10 5 О 5

10 «

20

______ ьв

Мим.иН-м

Ев~10НЛа

1.0 V 2,0

3,0

1.0

5,0

к

р.кН-М

Ев=30КПв

6,0 1,м

Е, = 30КПа Е«г{ОН0а

Рис. 4. График зависимости максимальных положительных Мчол '• и отрицательных Мотр изгибающих моментов от длины 1, ширины 5 плиты и модуля' деформации основания Е0 ■

Рис. 5. График зависимости максимально изгибающих моментов и площади поперечного сечения продольной арматуры Ав и А/ от толщины плиты й и вида бетона (т-тяжелый цементный, м-мелко-зернистый цементный, с-плотный силикатный) ', Анализ данных рис. 4 и 5 показывает:

1. Величина модуля деформации основания под плитами оказывает существенное, влияние на значения максимальных расчетных усилии, возникающих в сечениях плит от действия внешней'подвижной нагрузки. Поэтому следует изготавливать железобетонные плиты различной прочности в зависимости от нормативных требований к основанию. .

2. Для сборно-разборных и сборйых покрытий, укладываемых на качественное песчаное основание, можно рекомендовать плиты длиной' более 2, 0 м. При . изменении длины от 3,0 до 6. о м требования к точности плиты меняются незначительно. < '

3. Ширина колесопровода оказывает влияние на прочность и несущую способность плит. ■ , .

• - 4. Толщину плиты из рассмотренных нами видов бетона следует назначать в пределах 0,14.. . 0,18 м с учетом ее размеров в плане для снижения расхода арматуры-. • - .

В четвертой главе приведены предлагаемая нами методика расчета 'йоягтЬ.уплий дорожных плит из различных видов бетона, основные по-

ложения по составлению алгоритма и программы оптимизации параметров дорожных.плит и колейных покрытий и результаты выполненных расчетов. .

Железобетонные плиты сборно-разборных колейных покрытий с упруго-податливыми стыками рассчитываются по.методу М.И.Горбуно-. ва-Посадова в условиях плоской деформации, а сборных покрытий со сварными стыками по'методу И.А. Симвулиди. Расчетные усилия в плитах определяются по бестабличным формулам с целью.недопущения ошибок при интерполяции- табличных данных и повышения точности' расчетов. Выполненные расчеты с помощью ЭВМ по предлагаемой нами методике.показали, что применение сварных, стыковых, соединений уменьшает значения максимальных изгибающих моментов, поперечных 'сил и реактивных, усилий. Это обстоятельство существенно снижает внутренние . усилия и напряжения в бетоне и арматуре и позволяет уменьшить расход продольной арматуры.

Разработанные .нами алгоритм и программа оптимизации параметров дорожных ненапряженных плит из различных видов бетона и колейных покрытий позволяет автоматизировать выполнение всех этапов расчета по определению геометрических характеристик сечения плиты'и.ее армирование, вычислению максимальных значений расчетных усилий по методу М;И. Горбунова-Посадова 'или по методу И.А.Симвулиди в зависимости от вида стыкового соединения, проверке условий йо проч-' ности, выносливости и трещиностойкости сечений, нормальных и наклонных к осям .плиты. Решение поставленной задачи сводится к отысканию таких постоянных и переменных параметров плиты и колейного" покрытия, которые обеспечивают минимум стоимости 1 м8, стоимости 1 км покрытия или себестоимости вывозки 1 м3 лесоматериа-. лов. Перечисленные критерии оптимальности применяются в зависимости Ьт поставленной задачи при расчете параметров конструкций

плит.''.'■.

■ Последовательность расчета дорожных плит основана на изменении переменных параметров по результатам проверки условий по предельным состояниям и других ограничений с помощью метода направленного перебора вариантов. Если одно из условий по несущей .способности и по пригодности к нормальной эксплуатации не выполняется или разница между внутренними усилиями и усилиями от действия внешних нагрузок превышает заданную точность расчета, то производится увеличение или уменьшение площади поперечного сечения соответствующей арматуры (продольной, поперечной или конструктивной).

- 17 •

На основании выполненных исследований разработана система автоматизированного' проектирования дорожных ненапряженных плит из . различных видов бетона с применением ЭВМ. Расчет предложенных нами вариантов конструкций плит из тяжелого и мелкозернистого цементных и плотного силикатного бетонов показал, что они удовлетворяют требованиям по прочности, выносливости и трешностойкоста.

В пятой главе .изложены основные положения по организации производства и изготовлению экспериментальных образцов дорожных плит из мелкозернистых (цементного и плотного силикатного) бетонов, их . испытанию нагружением в заводских условиях с целью уточнения параметров и характеристик разработанных конструкций, изготовлению опытных партий дорожных плит и испытанию их.в колейных покрытиях, лесовозных автомобильных дорог Вологодской и Кировской областей.

Изготовление дорожных плит,из плотного силикатного бетона осу- ' ществлялось на Красковском опытном заводе ВНПО стеновых и вяжущих материалов Минпромстройматериалов СССР по разработанным нами чертежам и технологии. При приготовлении нзвестково-кремнеземистого вяжущего и силикатобетонной смеси применялись известь негашеная

• комовая, и мелкий песок. Класс бетона по прочности на сжатие составил В20... В25.

Изготовление экспериментальных образцов и опытной партии из мелкозернистого (песчаного) цементного бетона выполнено на Кировском заводе ЖБИ треста "лесстройдеталь" по нашим чертежам и

• совместно разработанной технологии. При приготовлении бетонных смесей применялись местные средние и мелкие пески и портландцемент марки 400. .

Испытания экспериментальных образцов плит проводилось методом нагружения: из плотного силикатного бетона на стендах ПО "Мараг-ропромконструкция" и испытательной лаборатории в/ч 73500 в присутствии сотрудников ЦНИИМЭ, а из мелкозернистого цементного бетона на стенде Кировского завода ЖБИ. При этом решались следующие задачи: определение фактически достигнутой.нагрузки при образовании и раскрытии трещин шириной 0,3 мм и при разрушении плиты; изучение влияния наличия поперечной арматуры на трещиностойкость и прочность сплошных и ребристых плит; сопоставление достигнутых нагрузок с контрольными значениями.

Выполненными исследованиями установлено:

1. Разработанные конструкции дорожных'плит из мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов обеспечива-

ют хорошую технологичность их. изготовления,, обладают высокой прочностью и-трешщостойкостью.

2. Подтверждена правомерность изготовления дорожных "плит сплошной и ребристой конструкций. Наличие глубоких впадин (ячеек) на опорной поверхности ребристых конструкций не ухудшает прочность плит, повышает их трещиностойкость. обеспечивает экономию бетона и снижение массы плит.

3. Для обеспечения качественного уплотнения жестких мелкозернистых бетонных смесей и расчетной прочности бетона следует при- . менять при формовании плит дополнительный пригруз с удельным дав-^ лением 0,01 МЛа и.более. • .

4. Установка поперечной арматуры позволяет увеличить трещиностойкость плит сплошной и ребристой конструкций при незначительном увеличении расхода металла.

5. Прочность, трещиностойкость и долговечность дорожных плит из рассмотренных нами.бетонов обеспечивается не только характером" их напряженно-деформированного состояния, возникающего в результате воздействия внешних подвижных нагрузок, но и в значительной степени качественными'характеристиками используемых сырьевых материалов. составом к качеством бетонных смесей, соблюдением технологии их изготовления к укладки плит в покрытие лесовозных дорог.

. В шестой главе1 приведен расчет экономической.эффективности • производства дорожных плит из различных видов бетона и их применения в колейных покрытиях лесовозных автомобильных дорог.

Расчет экономической эффективности производства дорожнных плит из различных видов бетона показывает, .что' замена плит из тяжелого цементного бетона плитами из мелкозернистого цементного и плотного. силикатного бетонов обеспечивает экономию арматурной стали, отказот применения дорогостоящего качественного крупного заполнителя (щебня или-гравия) и цемента (при использовании силикатного бетона), снижения себестоимости их производства и цены 1 м3 плит. ' .

Расчет экономической эффективности применения дорожных плит из рассмотренных видов бетона в" колейных покрытиях выполнен для конкретных условий применительно к Волманской лесовозной дороге АООТ "Волманский ЛПХ" Кировской области. Экономический эффект применения дорожных плит из мелкозернистых бетонов достигается за счет уменьшения транспортных расходов по их перевозке к.месту ук-

- ' ' / - 19 - .

ладки, стоимости 1 км колейного покрытия и себестоимости вывозки 1 м3 древесины, а также улучшения эксплуатационных показателей-колейного покрытия при применении плит шириной 1,5 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненное исследование направлено на решение вопросов совершенствования конструкций'железобетонных ненапряженных плит и параметров колейных покрытий.лесовозных автомобильных дорог с применением мелкозернистого, (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов. В результате выполненнной работы получены следу-" ющие теоретические и практические результаты:

1. В качестве расчетного транспортного средства при расчете железобетонных плит колейных покрытий лесовозных'дорог следует применять лесовозный автопоезд МАЗ-509А+ГКБ-9383 с нагрузками на

• колеса, приведенными в диссертационной работе.

2. Предложенные расчетные схемы загрузки дорожных плит (рис. 2) представляют собой несколько смежных плит, находящихся под воздействием системы подвижных расчетных нагрузок от колес автотранспортных средств и поперечных усилий, возникающих в сварных стыковых соединениях.

з'. Предложена и разработана методика определения максимальных расчетных усилий (реактивных давлений, поперечных сил и изгибающих- -моментов) в сечениях дорожной плиты. Она ■основана на представлении внешних подвижных нагрузок от колес гзтопоездов или автомобилей системой сосредоточенных сил, располагаемых в любом сечении рассматриваемых плит» позволяет рассчитать массивы значений изгибающих моментов, поперечных, сил и реактивных давлений для каждой загруженной плиты и определить максимальные значения этих величин в заданных сечениях плиты.

4. Применение сварных стыков вместо упруго-податливых соединений смежных плит в колейном покрытии обеспечивает снижение расчетных усилий за счет передачи части нагрузки на.соседние пли--

•.ты.и улучшает эксплуатационные качества дороги (ровность, производительность лесовозных автопоездов и др.).

5.- Установлено," что ширина плит и параметры колейного покрыта я рекомендуется принимать в зависимости от категории лесовозной автомобильной дороги и типа лесовозного, автопоезда.

6. Длина и ширина элементов колейного покрытия и вид материала основания оказывают ' существенное влияние на величины расчетных

усилий и прочность железобетонных,плит.

7. Расчетные усилия, возникающие в сечениях плит от действия, подвижной нагрузки от колес транспортных .' средств, предлагается определять по бестабличным формулам по методу М. И. Горбунова-Поса-дова для сборно-разборных покрытий с упруго-податливыми стыками и .по методу И,А.Сиывудади для сборных покрытий'со сварными стыками.

8. Разработана и реализована в- системе автоматизированного .проектирования методика расчета ненапряженных плит из различных . видов бетона для колейных покрытий лесовозных дорог, позволяющая определить геометрические характеристики их сечений и армирования, вычислить максимальные расчетные усилия в заданных'сечениях плиты и проверить условия по прочности, выносливости и трещинос-тойкости сечений, нормальных и наклонных к продольной и поперечной осям плиты.

9. Предложены критерии оптимизации (стоимость 1 м2- плиты;, стоимость 1 км покрытия из плит, себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов), применяемые в зависимости'от поставленной задачи, и метод направленного .перебора вариантов, позволяющий существенно сократить затраты времени при расчетах на ЭВМ и анализе полученных данных. :

10. Рассчитайы на ЭВМ и разработаны конструкции дорожных ненапряженных плит из мелкозернистого, (песчаного) . цементного и плотного силикатного бетонов с учетом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических факторов.. , '

11. Результаты испытаний в заводских условиях разработанных и изготовленных дорожных плит из мелкозернистых (цементного и силикатного) бетонов доказали правомерность основных теоретических положений, использованных при разработке методики их расчета, и показали: ...

. плиты имеют . достаточную прочность . и трещиностойкость при действии статических нагрузок;

наличие глубоких впадин (ячеек) -на опорной поверхности ребристых плит не ухудшает их прочность и трещиностойкость по сравнению со сплошными плитами;

применение плит ребристой конструкции обеспечивает экономию бетона и снижение их массы по сравнению со сплошными; ■ установка поперечной арматуры увеличивает трещиностойкость дорожных плит при незначительном ее расходе;

прочность и трещиностойкость дорожных' плит зависит не только

- 21 - -от величин действующих на них нагрузок .от колес лесовозных автопоездов, , размеров конструкции и армирования плиты^ но и в значительной степени от качественной характеристики используемых сырьевых материалов, состава .и качества бетонных смесей, соблюдения технологии при их изготовлении й укладке плит, в покрытие дорог:

12. Плиты размером 3,0x1,0x0,14 и 3,0x1,5x0,18(0,16). м, : изготовленные из. мелкозернистого (песчаного) цементного й плотного силикатного бетонов, прошли производственные испытания в колейных покрытиях лесовозных автомобильных дорог Вологодской и Кировской областей, .

13. Технико-экономические расчеты подтвердили целесообразность производства и применения в лесном дорожном строительстве, плит из мелкозернистого- (песчаного) цементного и плотного силикатного бетонов наряду а плитами из тяжелого.цементного бетона. Применение плит из мелкозернистых бетонов обеспечивает.снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента (при использовании силикатного бетона), отказ от использования дорогостоящего крупного каменного 'заполнителя,' уменьшение транспортных расходов по перевозке плит к месту укладки, а такие повышения эксплуатационных* показателей колейного покрытия за счет применения плит шириной 1,5 м.

14. Дальнейшую работу по совершенствованию конструкций плит и колейных покрытий лесовозных дорог предполагается-продолжить в направлении расширения разработанной системы автоматизированного проектирования дорожных плит по созданию предварительно напряженных конструкций из различных видов бетона и совершенствованию работы по размещению глубоких впадин (ячеек) на опорной поверхности ненапряженных и предварительно напряженных плит.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ: ' ,1. Васильев Л.В., Грязин А.Д., Савельев В.В. Исследования основных физико-механических 'свойств автоклавного-силикатного бетона из сырья Вологодской области // Материалы науч. конф. - Йошкар-Ола: МарГШ, .1975. - С. 197-199. .

2.' Грязин А.Д., ¡Оричев А.д:, Матлахова Л.В.. Савельев В.В. Совершенствование конструкции дорожной плиты из силикатного железобетона // Материалы науч. конф. -Йошкар-Ола: МарПИ, 1975. -С. 207-209.

3.'Грязин А.Д., Савельев В.В. Силикатный бетон - материал для

- 22 - - ■ дорожных плит // Организация строительства и эксплуатация 'лесовозных дорог в условиях Урала и Сибири.' Межвуз. сб. - Свердловск: УПЙ. 197.7. - С. 12-18. '

4. Грязин А. Д., Савельев В. В.. Плиты из силикатного железобетона// Лесн. пром-сть, 1979,- N8.- С. 9.

5. Савельев .В.В., Сергеев П:Г. Оптимизация параметров бетонных плит для колейных покрытий лесовозных дорог // Автоматизация проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов. Материалы Всесоюзн. симп. 25...27 мая 1978.г. - Петрозаводск. 1979. - С.' 137-144.

5. Определение ширины железобетонной плиты для сборных колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог/ Грязин А.Д.. Савельев В.В.. Чернякевич В.И. j МарПЙ. - Йошкар-Ола. 1987. - 14 с. Дей. в ВКИПЙЭИлеспроме 11.08.87. М2054-Л687. •

7. Савельев В.В. Совершенствование, железобетонных плит . для покрытий лесовозных дорог // Лесосеч*, лесосклад. работы и транспорт леса. Межвуз. сб. науч. тр./ЛТА - Л.. 1989. - С.. 119-121.

8. Савельев В.В.. Чернякевич В.И. ресурсосбережение при строительстве лесовозных дорог // Ресурсосбережение в лесной, деревообрабатывающей и мебельной промышленности.' Тез. докл. науч. -техн. конф.Пермь. 1991. -С. 10-12.

9. Грязин А. Д. ., Савельев В. В.. Чернякевич В. И. Дорожные плиты из силикатного и мелкозернистого цементного бетона// Лесн. пром-сть, 1992.- N2. - С. 24-25.

10. Савельев В.В., Чернякевич В. И. Ресурсосбережение при строительстве лесовозных дорог // Проблемы леса и охраны - природы 'В республике Марий Эл. Материалы респ. науч.-практ.. конф. - Йоы-кар-Ола, 1992. - С. 76. -