автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Влияние параметров покрытия из искусственных камней мощения на прочность дорожной одежды

На правах рукописи

Костиков Юрий Борисович

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОКРЫТИЯ ИЗ ИСКУССТВЕННЫХ КАМНЕЙ МОЩЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

05. 23.11 - проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» на кафедре «Транспортные и технологические системы».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шестопалов Александр Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Васильев Юрий Михайлович;

кандидат технических наук Романенко Михаил Витальевич

Ведущая организация:

Закрытое акционерное общество Институт «Стройпроект»

Защита состоится на заседании

диссертационного совета Д. 212. 223. 01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, ауд. 206.

Телефакс: (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан

ЖГг

Ученый секретарь диссертационного совета

Бадьин Г. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Техническое и эксплуатационное состояние автомобильных дорог во многом характеризует культуру и экономическое развитие страны. В настоящее время, широкое применение получают сборные бетонные покрытия тротуаров из искусственных камней мощения, которые, обладая ТСХНОЛОГИЧССКИМК, ГКГИСНИЧССККММ Й ЭСТСТИ'ЗССКИМИ К11Ч£СТ53МИ являются архитектурным элементом современного градостроительства. Искусственный камень мощения (далее, И КМ) - бетонный элемент, который может иметь различную форму, цвет и размеры. Толщина ИКМ по действующим нормативам, должна быть не менее 60 мм, площадь опорной поверхности не более 0,05 м. кв., длина - не более 28 и 30 см соответственно для прямоугольных в плане и фигурных камней. ИКМ долговечны и многократно используются, поэтому - экономически выгодны.

В Санкт-Петербурге серийный выпуск ИКМ был освоен в 1994 году фирмой «БИК». Уже в следующем году появились первые объекты, благоустроенные фирмой с использованием ИКМ собственного производства. В 1997 г выполнено благоустройство нескольких торговых зон, дворов на улице Маяковского, начаты работы по созданию пешеходной зоны на Малой Конюшенной улице. Позднее выполнено мощение площади перед Храмом Спаса-на-Крови (1997 г), тротуаров у здания Российской Национальной библиотеки на Московском проспекте (1998 г), дворов на Малой Садовой улице (1998 г). В 1996 г в Санкт-Петербурге появились еще два завода по производству ИКМ: ЗАО «Полар» и ЗАО «Экспериментальный завод». В 1996 -1998 гг открыты пешеходные зоны в историческом центре на Малой Конюшенной улице, Малой Садовой, пешеходная зона Дворы Капеллы, а также выполнено мощение тротуаров Литейного и Владимирского проспектов. Позднее, осуществлена реконструкция Среднеохтинского проспекта (мощение 7075 м. кв), Заневской площади и Заневского проспекта (мощение 26371 м. кв). В 2004 году на ОАО «Ленстройдеталь» было налажено производство ИКМ на немецкой автоматизированной линии «HESS», производительностью 2000 м. кв в смену. В этом же году была открыта самая большая в России пешеходная зона на Большой Московской улице (мощение 15 000 м. кв).

По данным из различных печатных изданий, емкость рынка ИКМ по северо-западному региону оценивалась: в 2001 г - 300...350 тыс. кв. м; в 2002 г -420...480 тыс. кв. м; в 2003 г - 1 млн. кв. м. Темпы годового прироста потребности в ИКМ в Санкт-Петербурге и северо-западном регионе на ближайшие 2 года, по оценкам специалистов, составляют 15...20 %. Таким образом, объемы строительства с использованием ИКМ постоянно увеличиваются.

Сборные дорожные покрытия с давних пор привлекали внимание многих ученых и инженеров в области дорожного строительства. Ими был разработан ряд конструкций дорог со сборными деревянными, бетонными,

металлическими и железобетонными плитами В России, в Санкт-Петербурге, еще в XVIII веке появились булыжные мостовые С 1714 года Петр I издал Указ, в котором велел доставлять в город дикий камень. В конце 20-х годов начали устраивать тротуары для пешеходов Была найдена новая технология мощения дорог - деревянными шашками В 20 30 годах техноло-

покрытия из ИКМ впервые стали применять в 20 30 годах XXX века в Чехословакии, Германии и Франции

Несмотря на имеющийся зарубежный и отечественный опыт строительства дорожных покрытий из ИКМ, в области их расчета, проектирования и строительства имеется ряд нерешенных вопросов, требующих дополнительного исследования.

При проектировании параметры покрытия форма, размеры, раскладка ИКМ, материал заполнения швов, часто назначаются только исходя из поставленных архитектурных задач Это происходит вследствие отсутствия у проектировщиков достаточного количества данных о влиянии параметров покрытия на прочность дорожной одежды В связи с этим, требует уточнения и методика расчета дорожных одежд с покрытием из ИКМ В практике строительства не решены вопросы с заполнением швов между камнями в местах отмостки зданий, не разработана система оценки эксплуатационных качеств таких покрытий, а также не определены методы оценки прочности дорожной одежды с покрытием из ИКМ Все вышеперечисленные недочеты приводят к тому, что в практике эксплуатации дорожного покрытия из ИКМ можно наблюдать его деформацию и местное разрушение

Цель диссертации - разработка методики расчета дорожной одежды с покрытием из ИКМ, исследование влияния размеров, форм ИКМ и материала заполнения швов на прочность дорожной одежды

Задачи исследования:

1 Разработка механико-математической модели и методики расчета, которая бы учитывала связи между ИКМ в покрытии, их форму и размеры,

2. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния форм, размеров ИКМ и швов в покрытии на прочность дорожной одежды,

3. Разработка практических рекомендаций по расчету, проектированию, строительству и оценки прочности дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

На защиту выносятся следующие результаты исследований

1. Механико-математическая модель и методика определения прогиба дорожной одежды с покрытием из ИКМ;

2 Результаты экспериментальных исследований дорожного покрытия из ИКМ,

3 Рекомендации по совершенствованию расчета, строительству и оценки прочности дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

Достоверность теоретических решений и полученных результатов определяется обоснованностью параметров механико-математической модели,

реализацией решения на ПЭВМ с разработкой программы расчета и подтверждается экспериментальными исследованиями.

Практическая значимость результатов исследований заключается в:

- разработке предложений по расчету, проектированию и строительству дорожных одежд с покрытием из искусственных камней мощения, которые могут служить дополнением Руководства по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге (СПб.: Мэрия СПб., 1996 г.; далее, Руководство);

- обосновании применения упругого прогиба дорожной одежды с покрытием из ИКМ в качестве критерия оценки ее прочности;

- апробации результатов выполненных исследований на конференциях и семинарах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в выступлениях на кафедре Транспортные и технологические системы СПбГПУ, на XXVIII и XXIX межвузовских научных конференциях в СПбГПУ в 1999-2000 гг, на межрегиональном научно-практическом семинаре «Современные сборные покрытия городских дорог, элементов благоустройства и промышленных территорий» (15-17 декабря 1999 г, СПб), на заседании секции автомобильных дорог в СПбГАСУ (6 февраля 2002 г), на постоянно действующим межвузовском научно-практическом семинаре в БИТУ «Современные направления технологии строительного производства» (25 апреля 2003 г).

Публикации. По материалам работы опубликовано 6 статей.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 155 страниц основного текста, 25 таблиц, 35 иллюстраций и 5 приложений, 70 наименований библиографии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель диссертационной работы, определены задачи исследования, дано краткое содержание работы.

В первой главе выполнен анализ теоретических и экспериментальных работ по исследованию сборных дорожных покрытий, дается описание конструкции дорожной одежды с покрытием из ИКМ, рассматривается методика ее расчета и определяются вопросы для исследования.

Конструкции дорожных одежд с покрытием из искусственных камней состоят из покрытия, несущего и (при необходимости) дополнительного слоя основания, а также грунта земляного полотна (рис. 1).

Согласно классификации Руководства, ИКМ могут быть без горизонтальной в плане связи (прямоугольные, квадратные, шестиугольные) и с горизонтальной связью - криволинейной формы (рис. 2). Основные параметры ИКМ, выпускаемых в нашей стране, оговариваются в ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» и ТУ 5746-001-33157194-97

«Камни искусственные покрытий дорог» Основные технические характеристики выпускаемых ИКМ прочность на сжатие - М 300 400, морозостойкость - Б 200, истираемость 0 7 г 1см2 Вопросы расчета, выбора материалов и технологии строи гельства приведены в Руководстве по конструкциям, техно погии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге.

П О

ОСНОВАНИЕ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ СЛОЙ ОСНОВАНИЯ

ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО V

камни с заполнением швов

- монтажный слой

- прослойка под монтажным слоем

- несущий слои основания

- дополнительный слой основания

- укрепленный (улучшенный) слой грунта земляного полотна

- грунт земляного полотна

Рис 1 Конструкция дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения (по материалам Руководства)

О а о

«М-сшиь УИУ-сиць Х-смш.

сз а е^з

Т-свяэь ипгсвяэь \Чаязъ

Рис 2 Формы камней мощения с горизонтальной (в плане) связью

Особенность дорожного покрытия из ИКМ - значительная протяженность швов и небольшие геометрические размеры, по сравнению с другими видами сборных покрытий, самих ИКМ. Заклинка ИКМ в покрытии осуществляется посредством материала заполнения швов, в качестве которого может быть использован, песок, сухая пескоцементная смесь, гидроизолирующий материал или цементно-песчаный раствор. Наиболее часто применяют песок Размеры ИКМ во много раз меньше железобетонных плит, что отражается на напряженно-деформированном состоянии дорожной одежды Поэтому, работы по расчету, проектированию и оценки эксплуатационных показателей сборных дорожных покрытий из крупноразмерных плит не мо-

6

гут быть использованы в полной мере для дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

Дорожную одежду с покрытием из ИКМ можно отнести к группе нежестких дорожных одежд т. к.:

1. Покрытие, по сравнению с нижележащими слоями основания, обладает заметным сопротивлением изгибу;

2. Размеры элемента мощения во много раз меньше диаметра следа колеса автомобиля, поэтому нельзя рассматривать нагрузку на покрытие в виде сосредоточенной силы, прикладываемой в центре или на краю элемента, по аналогии со сборными жесткими дорожными покрытиями;

3. Упругий прогиб дорожной одежды находится в диапазоне прогибов установленных для нежестких дорожных одежд.

В качестве обобщенного показателя прочности дорожной одежды с покрытием из ИКМ, в диссертации, по аналогии с нежесткими дорожными одеждами, используется ее прогиб. Чем больше прогиб дорожной одежды, тем меньшей жесткостью и меньшей распределяющей способностью она обладает; в нижних слоях при прочих равных условиях возникают большие напряжения.

Так как дорожные покрытия из ИКМ, до 90-х годов в нашей стране широко не применялись, исследовательские работы по ним немногочисленны. Среди них можно отметить работы Э. М. Гольдина, Е. Н. Дубровина, Н. С. Павловой, А. А. Тимофеева, А. М. Симановского, анализируя которые можно сделать следующие выводы.

В настоящее время отсутствует достаточное количество данных о характере распределения нагрузки между ИКМ в покрытии, о влиянии их формы и размеров на прочность дорожной одежды. Не разработаны методы оценки эксплуатационных и прочностных показателей дорожной одежды с покрытием из ИКМ. Кроме того, существующие методы расчета имеют ряд допущений. Дорожное покрытие из ИКМ моделируется сплошной плитой, характеризующейся модулем упругости сборного покрытия Таким

образом, не учитывается зависимость усилий и напряжений в системе от швов, конфигурации и размеров ИКМ. В качестве модели основания используется модель упругого полупространства. Этим исключается возможный скачок в прогибе основания, который может возникать на границе неодинаково загруженных ИКМ. Нагрузка на дорожное покрытие от колеса автомобиля моделируется в виде сосредоточенной силы, что не соответствует реальному распределению нагрузки между ИКМ.

Перечисленные недочеты приводят к тому, что в практике эксплуатации дорожного покрытия из ИКМ можно наблюдать его деформацию и местное разрушение. Актуальность рассмотренных выше вопросов обусловила цель, задачи, содержание исследований и структуру работы.

Во второй главе, используя имеющийся опыт моделирования сборных дорожных покрытий, строится механико-математическая модель дорожной одежды с покрытием из ИКМ. Определяются линейные и угловые перемеще-

ния ИКМ (полный прогиб покрытия) под действием приложенной нагрузки.

Теоретически исследуется влияние материала заполнения швов, сил трения-заклинки между камнями на работу покрытия. Расчету и моделированию сборных дорожных покрытий посвящены работы В. Д. Агеева, Г. И. Глушко-ва, М. А. Железникова, Н. Н. Иванова, Б. Н. Карпова, М. С. Коганзона, М. Б. Корсунского, В. С. Орловского, В. П. Носова, В. П. Платонова, А. М. Симановского, А. В. Смирнова, А. П. Степушина, В. А. Чернигова и других авторов. Накопленный опыт был использован при построении математической модели дорожной одежды с покрытием из ИКМ (рис. 3).

ИКМ образуют последовательность с номерами ...к-2; к-]; к; к+1; к+2..., при этом деформация может быть описана разностными уравнениями.

Рис. 3. Механико-математическая модель дорожной одежды с покрытием из ИКМ:

сила и момент,

действующий на к-ый элемент; вертикальное и угловое перемещение

к-го элемента

Баланс сил и моментов для элемента с индексом «/с»:

+ Сз(Ч>к-,

-l<fK) + c,{UK_, +/ф; ) + cll(UK„ -bKt,-VK-lifK) +

АЧ1 TK' ^ ''l'V^ A4!

4>*)-V(£/*-i+/4>

= 0,

где FK~ нагрузка, действующая на элемент с номером /с; с, ,с,,с3,с4- жесткости;

UK- линейное перемещение элемента с номером к;

длина элемента; Ч»лг - угловое перемещение элемента с номером к. После преобразований получим:

Частное решение однородное | Ц^ жать в виде (/^ =0,М4 =0):

и(Хг -2рХ + 1)-КЦХ1 -\) = 0

Получаем линейную ; [стему уравнений:

С-^ЩХ1 -1) + Ф(Л2 -2дХ + г) = 0

Определитель л

гься нулю.

(Я2 - 2рХ + 1)(гХ2 - 2дХ + г) + ЦХ2 - 1)С; Ц X2 -1) = 0.

Полученное выражение - уравнение для четвертой степени. Особенность решения данного уравнения является то, что если X— корень, ТО X"1 - тоже корень уравнения. Обозначим'

Х + Г1 = (; Г2 = X.2 + 2 +А."2.

Тогда имеем:

Выполняя дальнейшие преобразования, получим:

г2 (г + с,/2) - 21(ч + рг) +4СР<7 - </) = 0.

Обозначим тогда

д + рг±/5

где Д=(9 + р/-)2-4с3(«р-с,/2).

Для каждого 1 далее решаем уравнение : х2 - а + ] == 0.

1 1

Определяем 4 корня:

то есть:

Для каждого X находим:

Ф \2-2р\ + \

и ЦХ2 -1)

Таким образом, получили четыре частных решения однородной системы. Общее решение однородной системы:

где А1 - произвольные постоянные.

Пусть нагружена элемент с номером к=0. В предыдущем выражении оставим лишь слагаемые, ограниченные при к -> ±а>. При к > 0 останется две постоянных

Примем (не снижая общности), что- -< 1И(л^] < 1. Тогда,

при к->0'-

при к^о:

При выполнении дальь А - ^ ~ А - ^ - -4"! ует учесть, что:

= = К*-

Такая замена возможна в виду симметрии рассматриваемой задачи.

Для определения неизвестных А^ И ф0 имеем шесть уравнений.

Постоянные и д, выразятся через [/„Ифл:

ф0 = + {/„ = 4+4;

фг, = л:а. + л;а,.

Откуда:

Г/ И (Г>0 ВЫПЯТЯТСЯ ич упятшрний йаттянгя сил и моментов

Получим решение задачи для случаев, когда: /■ = /, М=0 и F=0, М=1. Обозначим соответствующие решения:

При одновременном воздействии нагрузки на другие элементы, по правилу суперпозиции, получим:

Далее, с использованием программы Ма&ешаИеа 3.0, получены общие выражения для ик И Ф* . Для их определения, на языке программирования

разработана программа. Значения расчетных параметров и диапазоны их варьирования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Данные для расчета значений

1. Модуль упругости зон швов: £, = 23 000-3 500 МПа. 2. Средний модуль упругости дорожной одежды и толщина основания: £2= 3024 мПа,/12 = 0.56 м.

3. Высота шва: к = 0.08 м. 4. Толщина шва: с1 = 0.004 м.

5. Длина ИКМ: 1=21 = 0.068.. .0.33 м. 6. Ширина ИКМ: 6=0.097...0.330 м.

7. Кол-во нагруженных ИКМ: л=3...6. 8. ^ = 660...2000 Н; Л4=22.44...330Нм.

Конструкция дорожной одежды: песок (£,„р —110 МПа) - 36 СМ, щебень фракции от 20 ДО 40 ММ ( Я,„р =220 МПа) -15 см, пескоцемент ( £„,р = 450 МПа) - 5 см, ИКМ (Я,„р =23000 МПа) - 8 см.

Расчет дорожной одежды выполнялся на воздействие статической нагрузки от автомобиля группы Б по ВСН 46-83 с нагрузкой на колесо 30 кН. Сила и момент, действующие на к-ый элемент:

где Ршг=30 кН - нагрузка на штамп, эквивалентный диаметру следа колеса расчетного автомобиля = 28 см), Н;«- количество элементов в контакте со

штампом в плане (и =1...15, в зависимости от размеров ИКМ).

Оценка жесткостей с,,с,,сг,с4 произведена в предположении, что перемещения являются линейными функциями координат:

где G - модуль сдвига, я/ai2; другие обозначения указаны в таблице 1.

Допущения, принятые при разработке механико-математической модели.

1. Задача рассматривается для плоской деформации и является одномерной.

2. Нагрузка - статическая и распределяется равномерно между всеми ИКМ, находящимися во взаимодействии со штампом. Крайние элементы дополнительно загружены моментом, что моделирует ситуацию, когда в контакте со штампом находится не весь элемент, а его часть.

3. Материал конструктивных слоев и швов - линейно деформируемый.

4. Основание дорожной одежды - не деформируемое.

Указанные допущения позволяют подробнее изучить взаимодействие ИКМ и материала заполнения швов, не рассматривая при этом напряженно-деформированное состояние конструктивных слоев дорожной одежды и основания.

Для дорожных покрытий из ИКМ различных форм и размеров: 8П.8 «Паркет» (0,068 х 0,208 м), Ф1.8 «UNI» (0,110 х 0,220 м), Ф5.9 «Тюльпан» (0,150 х 0,150) и 10П. 8 «Мозаика» (0,210 х 0,140), по результатам теоретического расчета, получены значения жесткостей, а также полных вертикальных и угловых перемещений ИКМ под нагрузкой. На основании полученных данных построены графики полного прогиба дорожной одежды. Пример кривой прогиба для дорожного покрытия из ИКМ 8П.8 «Паркет» представлен на рис. 4.

По результатам теоретического анализа можно сделать следующие выводы.

1. Полученная расчетная кривая прогиба дорожной одежды с покрытием из ИКМ имеет форму чаши и хорошо согласуется с результатами исследований сборных дорожных покрытий М. С. Коганзона, Н. С. Павловой и других авторов.

2. Прогиб дорожной одежды существенно не зависит от точки приложения оси нагрузки относительно ИКМ. Перемещения ИКМ под действием силы и момента от нее, практически не отличаются друг от друга, что объясняется незначительными размерами ИКМ.

3. Существенное влияние на прогиб дорожной одежды оказывает заклинка ИКМ. Жесткость в зоне шва: с^ = с„ +cmit, Ст1»С„, где С„ - жесткость материала заполнения швов; С^- жесткость от заклинки ИКМ в покрытии.

Приведенные выше выводы используется в дальнейшем при разработке рекомендаций по устройству и контролю прочности дорожной одежды с покрытием из ИКМ.

Расстояние от центра приложения нагрузки, см 0,0 6,8 13,6 20,4 27,2 34,0 40,8 47,6 54,4 61,2 68,0 74,8 81,6

ПП

тт

FT

У

Ail

J-

/\t

1

/

Ж

3,0

Рис. 4. Прогиб дорожной одежды из камней мощения 8П.8 «Паркет» при нагрузке на штамп 10 кН (1-расчетные данные; 1.1- экспериментальные данные) и 30 кН (2-расчетные данные; 2.1-экспериментальные данные)

В третьей главе на дорожном покрытии из ИКМ выполнены опыты по определению упругого прогиба. В результате опытов устанавливается зависимость упругого прогиба (УП) дорожной одежды от материала заполнения швов, размеров и формы ИКМ, места приложения нагрузки. Сделаны выводы о влиянии параметров покрытия из ИКМ на работу дорожной одежды, Схема экспериментальной установки представлена на рис. 5. Конструкция дорожной одежды: покрытие из ИКМ; пескоцсмент - 3... 5 см; щебень гранитный фракции от 20 до 40 мм -15 см; песок - 36 см. Подготовка основания осуществлялась согласно требованиям СНиП 3.06.03 - 85 «Автомобильные дороги» и Руководства по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге.

Опыты выполнены для ИКМ: 8П. 8 «Паркет» ( К, =0,24); Ф5. 9 «Тюльпан» (#,=0,54); Ф1. 8 «UNI» ( К, =0,39) и тротуарной плиты 2К. 7 «Квадрат»

относительная длина элемента: где а - минимальный размер стороны ИКМ; D- линейный размер круглого штампа, эквивалентного диаметру следа колеса расчетного автомобиля. ИКМ укладывались в покрытие без перевязки швов с образованием их сквозного пересечения. Таким образом, выполнялась наиболее неблагоприятная для несущей способности покрытия раскладка ИКМ.

Рис 5 Принципиальная схема испытательной установки 1 - рама, 2 - фундамент, 3 - металлический ящик (0,21 х 0,3 м), 4 - ИКМ, 5 - слои лорожной одежды 6 - гидравлический домкрат, 7 - штамп (Б=28 см), 8 - динамометр, 9 - датчики перемещений (прогибомеры)

Ввиду того, что ИКМ, в основном, используются для дорожных покрытий тротуаров, где отсутствует интенсивное движение автотранспорта, в опытах имитировалась максимальная статическая нагрузка от автомобиля группы Б по ВСН 46-83 с нормативной нагрузкой на ось 60 кН. Измерения УП проводились по методики изложенной в Инструкции по оценки прочности дорожной одежды нежесткого типа рычажным прогибомером Нагрузку прикладывали ступенчато -10 Н, 20 Н, 30 Н, на время не менее 3-х минут, затем через минуту приступали к измерению Деформацию покрытия устанавливали прогибомерами часового типа 6-ПАО по двум взаимно перпендикулярным осям Датчики располагались с шагом 30 см от оси приложения нагрузки.

В первой части эксперимента исследовали влияние места приложения нагрузки на работу дорожного покрытия из ИКМ Ось штампа, относительно камня мощения располагалась (рис 6) в центре элемента (точка нагру-жения № 1 (т н № 1)) и на стыковых швах по геометрическим осям в двух направлениях (т н № 2 и 3) Швы между ИКМ заполняли песком (Е = 110МПа)

Точки нагружения № 1 и № 2 (т н №1 и № 2)

т. H. №2

Рис. 6. Схемы нагружения дорожного покрытия из камней мощения Ф1.8 «UNI» (точками №№ 1- 6 обозначены места установки датчиков) и величины УП покрытия (точками обозначены оси приложения нагрузки; над точками указаны ступени приложения нагрузки: 1-10 кН; Н-20 кН; Ш-30 кН)

Для полученных кривых упругого прогиба при различных вариантах приложения нагрузки и типов камней мощения характерны следующие признаки. 1. Упругий прогиб симметричен по двум взаимно перпендикулярным осям ОХ, ОУ и возрастает с увеличением нагрузки. 2. Максимальный прогиб дорожной одежды наблюдается непосредственно под штампом. 3. Радиус чаши прогибов находится в пределах от 70 до 120 см от оси штампа. На рис. 4, в качестве примера, представлены кривые прогиба дорожной одежды с покрытием из ИКМ 8П. 8 «Паркет» в точке нагружения № 1 при нагрузке на штамп 10 кН и 30 кН, построенные по результатам эксперимента.

Во второй части эксперимента, на дорожном покрытии из ИКМ 7П. 8 «Паркет», исследовали влияние материала заполнения швов. Нагрузку прикладывали в центре элемента. Швы заполняли: пескоцементом Е = 450МПа (после заполнения швы проливали водой) и полимерными шовными масти-

ками («Магир», «Ижора») £ = 20 100МПо К измерению прогибов приступали через 24 часа По полученным экспериментальным данным строились графики УП при различных вариантах приложения нагрузки и материалах за полнения швов (рис 7)

Рис 7 Упругий прогиб дорожной одежды с покрытием из ИКМ с различным материалом заполнения швов

При анализе экспериментальных результатов использовали критерии

где относительная разница между максимальным и минимальным ^пт упругим прогибом в точках нагружения ИКМ, в %, Кр- распределяющая способность покрытия, ¿¡¡-часть площади эпюры чаши прогибов под наиболее загруженным блоком, общая площадь эпюры чаши прогибов

Чем меньше д,тем меньшее влияние на прогиб покрытия оказывает ее место приложение относительно ИКМ - нагрузка по покрытию распределяется равномернее Чем меньше Ке,тем большее количество ИКМ вовлекается в работу покрытия По результатам экспериментального исследования можно сделать следующие выводы

1 С уменьшением геометрических размеров ИКМ, УП увеличивается, а влияние места приложения нагрузки уменьшается С другой стороны, с увеличением размеров ИКМ, происходит уменьшение УП, но увеличивается влияние места приложения нагрузки Например, для ИКМ 8П 8 «Паркет»

(К, =0.24) УП при нагрузке на штамп 30 кН составляет 1,2 мм, а относительная разница между максимальным и минимальным упругим прогибом Д = 34 %. Для мелкоразмерных тротуарных плит 2К. 7 «Квадрат» = 1,18) УП при нагрузке на штамп 30 кН - 0,9 мм, д = 45 %. С этих позиций, при нагрузках 30 кН и более, целесообразно использовать ИКМ с к1 =0,40-0,60 и размерами: 0,12 х 0,12 м, 0,15 х 0,15 м, 0,17 х 0.17 м.

2. УП дорожной одежды с покрытием из ИКМ, по сравнению с другими типами сборных покрытий, существенно не зависит от места приложения нагрузки. Так, для ИКМ А =34%, для мелкоразмерных плит 2К. 7 «Квадрат» Л = 45%, а для сочлененных плит д =73%.

3. Максимальный УП имеет дорожная одежда с покрытием из ИКМ с заполнением швов песком (рис. 6). УП такой дорожной одежды находится в диапазоне прогибов установленных для нежестких дорожных одежд. Минимальный УП и наилучшая распределяющая способность (Хр=0.20) соответствует дорожной одежде с покрытием из ИКМ с заполнением швов пескоце-ментом. По этим показателям она приближается к жестким дорожным одеждам. Таким образом, в зависимости от материала заполнения швов, на начальной стадии эксплуатации, дорожная одежда с покрытием из ИКМ может работать как жесткая или нежесткая.

4. Относительная разница между максимальным и минимальным упругим прогибом д для ИКМ с криволинейными гранями меньше, чем для камней мощения прямоугольной формы. Т. е., за счет имеющихся в плане выступов, ИКМ с криволинейными гранями, при любом расположении нагрузки, наиболее полно вовлекаются в работу покрытия.

5. Кривые УП дорожного покрытия из серийно выпускаемых ИКМ и из плит со знакопеременными по высоте гранями 1М. 10 (Патент РФ №2185472, № 2208080, № 2208081), при нагрузке 30 кН, практически соответствуют друг-другу. Поэтому, при строительстве пешеходных зон нет необходимости в применении данного типа плит.

Результаты эксперимента используются для проверки выполненных расчетов по предложенной в работе механико-математической модели дорожной одежды с покрытием из ИКМ, а также для разработки рекомендаций по назначению формы и размеров ИКМ, материала заполнения швов.

В четвертой главе выполнен сравнительный анализ результатов, полученных в ходе теоретического анализа и эксперимента, разработана методика расчета, даются практические рекомендации. Описаны пути оптимизации технико-экономических показателей дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

Используя теоретические и экспериментальные данные, построены графики УП дорожной одежды с покрытием из ИКМ (пример - на рис. 3). Следует учесть, что в результате теоретического расчета находили полную вертикальную осадку ИКМ - 1/к. Для получения теоретической кривой упругого прогиба, определяли упругую осадку :

где ц =0,45 - переходной коэффициент.

Теоретическая модель удовлетворительно описывает работу покрытия при нагрузках на один элемент дорожного покрытия не превышающих 1000 Н. Для определения прогиба при больших нагрузках, введены поправочные коэффициенты, которые позволяют переходить от прогибов балки из ИКМ (теоретическая модель) к прогибу покрытия в целом Характер полученных

зависимостей при теоретическом расчете совпадает с экспериментальным, что дает основание использовать теоретическую модель для практических расчетов.

Методика определения прогиба дорожной одежды с покрытием из

ИКМ:

- назначение параметров: А, Ех, Ег, FK, Мк, п, /И b (таблица 1);

-определение полной и упругой вертикальной осадки: 17^., -проверка условия:

где [[/^]=0.7...1.36 ММ - допускаемый УП для нежестких дорожных одежд (по обобщенным данным МАДИ-ГТУ); -расчет по общему модулю упругости:

киг - ЕОБШ 1 Еоещ = Р ,

где Кпр - коэффициент прочности дорожной одежды (Ад, =0,63-1,05); общий модуль упругости конструкции, Ejj, - требуемый модуль упругости дорожной одежды (Etf= 125-180 МПа); Р - удельное давление на штамп; D -диаметр круга, равновеликого отпечатку колеса расчетного автомобиля. Значения КиР И Еп определяются в зависимости от категории улицы и дороги.

В зависимости от поставленных задач, возможно, произвести расчет дорожной одежды по критерию равновесия по сдвигу в грунте. С этой целью, при помощи уже разработанных номограмм, полученное значение Етщ, сравнивается с требуемым значением модуля упругости, обеспечивающим условие равновесия по сдвигу в грунте.

С помощью приведенного алгоритма расчета, можно определить прогиб покрытия из ИКМ при действии различных нагрузок, в том числе и не стандартных. Кроме того, зная значения допускаемого прогиба покрытия из ИКМ, предоставляется возможность оценить прочность дорожной одежды без трудоемкого определения и измерения напряжений в ее слоях, как предусмотрено действующими Инструкциями.

Практические рекомендации по устройству дорожных покрытий из ИКМ.

1. Как было доказано теоретически и экспериментально, прогиб дорожной одежды с покрытием из ИКМ, не зависит от места приложения нагрузки. Поэтому, для оценки ее прочности может быть использован рычажный

прогибомер, измерительный стержень которого устанавливается в любую точку покрытия (ИКМ). Измерения производятся согласно разработанной инструкции по оценке прочности нежестких дорожных одежд с помощью рычажного прогибомера.

2. При нагрузках на дорожное покрытие 30 кН и более, при проектировании, слсдуст назначать ИКМ криволинейной в плане формы с размерами близкими к указанным: 0,12 х 0,12 м, 0,15 х 0,15 м,0,17х0,17 м. При нагрузках на дорожное покрытие более 5т, целесообразно применять плиты 1М7.10.

3. При использовании ИКМ с размерами меньшими, чем указанными в п. 2, надо иметь ввиду, что при нагрузках на покрытие 30 кН и более, значения УП могут превысить установленное допускаемое значение Поэтому, следует обеспечить повышенные требования к конструктивным слоям дорожной одежды. Прочность слоев основания должна быть повышена путем расклинцовки, армированием георешетками или другими мероприятиями. Требуемый коэффициент уплотнения слоев основания дорожной одежды достигается тщательным их уплотнением, слоями толщиной, уменьшенной против оптимальной в 1,5... 2 раза.

4.Теоретический анализ выявил существенное влияние сил трения-заклинки боковых поверхностей ИКМ в покрытии. Поэтому, при строительстве, важно обеспечивать надежное закрепление крайних рядов и непрерывность примыкания ИКМ друг к другу» а также качественное заполнение швов. С точки зрения обеспечения заклинки, наихудшая форма камней мощения -овальная или приближенная к кругу, например, 1К.8 «Классика -1» производства МЕЛИКОНПОЛАР (ТУ-5746002-44331428-98). Форма камня приближена к кругу (размеры в плане 115x115 мм) за счет чего, при некоторых вариантах раскладки камней мощения в дорожном покрытии, в рядах образуются увеличенные швы (более 3-5 мм). Наиболее полная заклинка присутствует в дорожном покрытии из камней мощения криволинейной формы, что делает такие покрытия максимально устойчивыми к сдвигу. Так же для обеспечения лучшей заклинки камней мощения друг с другом, следует избегать совместного сочетания в дорожном покрытии камней прямоугольной и криволинейной формы.

5. На участках дорог, где необходимо повысить несущую способность дорожного покрытия из ИКМ (например, въезды, где от движения а/м по одному и тому же месту вероятно образование колеи), швы следует заполнять пескоцементной смесью.

6. УП дорожной одежды с покрытием из ИКМ с заполнением швов песком и полимерными шовными мастиками практически не отличаются друг от друга. При заполнении швов полимерным материалом между камнями образуется гибкая связь. Это позволяет, разработать конструкцию дорожного покрытия из ИКМ с гибкими связями межу ними. Еще в 1938 году в Англии разрабатывалось дорожное покрытие в виде серии вытянутых плит намотанных на барабан. Укладка плит на дорожное основание производи-

лась путем размотки барабана.

В работе определены направления оптимизации технико-экономических показателей дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

Первое направление - применение машин для механизированной укладки ИКМ в покрытие (например, машина немецкой фирмы «OPTШAS»), что снижает стоимость работ по устройству дорожной одежды и покрытия.

Второе - конструирование оптимальных дорожных одежд, с целью сокращения расхода материала и уменьшения стоимости работ по их устройству. Для этих целей, может быть использована разработанная в МАДИ-ГТУ методика оптимизации надежности нежестких дорожных одежд по модулю упругости и минимуму приведенных затрат. Применение данной методики обосновано выводами, сделанными в диссертации: дорожные одежды с покрытием из ИКМ - нежесткие дорожные одежды; прогиб таких покрытий может устанавливаться рычажным прогибомером.

Третье направление - соблюдение качественных показателей, относящихся к степени уплотнения земляного полотна и дорожной одежды, толщине конструктивных слоев дорожной одежды и качеству материалов.

По результатам исследования можно сделать следующие выводы.

1. Предложена математическая модель дорожной одежды, которая учитывает параметры покрытия: форму, размеры, раскладку ИКМ, материал заполнения швов и особенности его нагружения. На основе модели разработана методика определения прогиба дорожной одежды с покрытием из ИКМ.

2. Теоретически и экспериментально исследовано деформированное состояние дорожной одежды с покрытием из ИКМ. Выполнена оценка влияния параметров покрытия: формы и размеров ИКМ, материала заполнения швов на прочность дорожной одежды.

3. Даны практические рекомендации по проектированию, строительству и оценки прочности дорожной одежды с покрытием из ИКМ.

Результаты выполненной работы предлагается использовать для дополнения Руководства, в разделах: проектирование, устройство и эксплуатация дорожных одежд с покрытием из ИКМ.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Костиков Ю. Б. Особенности расчета дорожных одежд тротуаров из искусственных камней мощения. //XXIX неделя науки СПбГТУ: Материалы межвузовской науч. конф. Ч. III. /С-Петерб. гос. технический ун-т. - СПб., 2001.-С. 28-29(1,7п. л.).

2. Костиков Ю. Б. Устройство верхнего покрытия дороги в зоне трамвайных путей // Международная конференция «Трансбалтика - 99»: Статьи и тез. докл. / Вильнюсский технический ун-т. - Вильнюс, 1999. - С. 214-216 (3 п. л.).

3. Костиков Ю. Б. Учет влияния швов при расчете дорожных покрытий

из искусственных камней мощения // Международная конф. «Трансбалтика -2001»: Статьи и тез. докл. / Вильнюсский технический ун-т. - Вильнюс, 2001. -С. 193-196 (4 п. л.).

4. Костиков Ю. Б., Шестопалов А. А. Влияние параметров дорожного покрытия из искусственных камней мощения на напряженно-деформированное состояние дорожной одежды // Российская науч-техническая конф. «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов, мостов и автомобильных дорог. Механизация строительства. Охрана окружающей среды»: Материалы конф./ Пермский гос. технический ун-т. - Пермь, 2004.-С. 59-64 (4,6 п. л., авторское участие 4 п. л.).

5. Костиков Ю. Б., Шестопалов А. А. Модель силового воздействия на единичный элемент тротуарного покрытия // XXVIII неделя науки СПбГТУ: Материалы межвузовской науч. конф. Ч. II /С-Петерб. гос технический ун-т. - СПб., 2000. - С. 61 -62 (1,8 п. л., авторское участие 1 п. л.).

6. Костиков Ю. Б., Шестопалов А. А., Гайнуллин М. М. Исследование работы дорожных покрытий из искусственных камней мощения // Современные направления технологии строительного производства: Статьи и тез. докл. / С-Петерб. военный инженерно-технический ун-т. - СПб., 2003. - Вып. 6. -С. 83-85 (3,5 п. л., авторское участие 2,5 п. л.).

Подписано к печати 20.01 2005 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тир. 100 экз. Заказ 21.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская. 5.

1051

Введение.

Глава 1. Дорожная одежда с покрытием из искусственных камней мощения.

1.1. Сборные дорожные покрытия. Дорожное покрытие из искусственных камней мощения.

1. 2. Конструктивные особенности дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения.

1.3. Особенности расчета и проектирования дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения.

1.4. Задачи исследования.

Глава 2. Теоретическая модель дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения.

2. 1. Обзор работ по расчету и конструированию дорожных одежд со сборным покрытием из плит. Выбор модели основания.

2. 2. Стыковые соединения элементов в сборных дорожных покрытиях. 50 2. 3. Описание теоретической модели.

2. 4. Анализ полученных результатов и выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования.

3. 1. Цель и задачи эксперимента. Описание экспериментальной установки.

3. 2. Исследование влияния местоположения нагрузки, формы и размеров камней мощения на прочность дорожной одежды.

3.3. Исследование влияния материала заполнения швов на работу покрытия.

3.4. Результаты эксперимента.

Глава 4. Рекомендации по расчету и устройству дорожных одежд с покрытием из искусственных камней мощения.

4.1. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных.

4.2. Методика расчета дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения.

4. 3. Рекомендации по устройству и эксплуатации дорожных покрытий из искусственных камней мощения.

4.4. Оптимизация технико-экономических показателей дорожных одежд с покрытием из искусственных камней мощения.

Современная автомобильная дорога должна быть безупречной в техническом отношении, удобной, не раздражающей нервную систему человека вредными шумами и запахами. Техническое и эксплуатационное состояние автомобильных дорог характеризует культуру и экономическое развитие страны.

Санкт-Петербург - большой, европейский город с развитой сетью улиц и дорог. На 2002 г по данным Комитета по благоустройству и дорожному хозяйству площадь покрытий дорог и тротуаров в Санкт- Петербурге составляет 53 млн. кв. м. С начала 90-х годов уделяется большое внимание их строительству и ремонту, применяются новые материалы и технологии. Большое применение получают сборные бетонные покрытия тротуаров из искусственных камней мощения (максимальный размер камней в плане - 0.28 м [50]), которые, обладая технологическими, гигиеническими и эстетическими качествами, являются в тоже время архитектурным элементом современного градостроительства.

Искусственный камень мощения - бетонный элемент, который может иметь различную форму, цвет и размеры в соответствии с действующими нормативными документами. Сочетая цвета и форму камней мощения, создают различные по дизайну рисунки дорожного покрытия. Высокие декоративные и художественные свойства, а также другие преимущества таких покрытий, обусловили их широкое применение в особо оживленных местах: пешеходных и торговых зонах, мест парковки автотранспорта и т. д.

Устройство покрытий тротуаров из мелкоразмерных бетонных плит, кроме улучшения эстетического вида застройки улицы и повышения гигиеничности тротуаров, позволяет получить значительный экономический эффект. Стоимость устройства дорожного покрытия из камней мощения несколько выше стоимости строительства монолитных бетонных покрытий той же толщины. Однако штучные покрытия более долговечны и многократно используются, поэтому они экономически выгодны. Сборные покрытия из искусственных камней мощения по сравнению с асфальтобетонными покрытиями имеют лучший архитектурно - эстетический вид и дизайн, а также являются экологически чистыми. В Москве 22 августа 1997 г Премьером правительства было подписано распоряжение "О применении новых решений и материалов при строительстве дорог и тротуаров города". В распоряжении предписывается Москомархитектуре подготовить "Схемы урбанизированных территорий АО, нуждающихся в соответствии с градостроительной значимостью в первоочередной замене асфальтового покрытия на экологически чистое долговечное декоративное мощение из сборных элементов".

В Санкт-Петербурге серийный выпуск бетонной тротуарной плитки был освоен в 1994 году фирмой "БИК". Уже в следующем году появились первые объекты, благоустроенные фирмой с использованием тротуарного камня собственного производства. В 1997 г выполнено благоустройство нескольких торговых зон, дворов на улице Маяковского, начаты работы по созданию пешеходной зоны на Малой Конюшенной улице. За пешеходной зоной последовала площадь перед Храмом Спаса-на-Крови (1997 г), тротуары у здания Российской Национальной библиотеки на Московском проспекте (1998 г), дворы на Малой Садовой улице (1998 г). В 1996 г в Санкт-Петербурге появились еще два завода по производству искусственного камня мощения: ЗАО "Полар" и ЗАО "Экспериментальный завод". В 1996 - 1998 гг открыты пешеходные зоны в историческом центре на Малой Конюшенной улице, Малой Садовой, пешеходная зона Дворы Капеллы, а также выполнено мощение тротуаров Литейного и Владимирского проспектов. Позднее, осуществлена реконструкция Среднеохтинского проспекта (мощение 7075 м. кв), Заневской площади и Заневского проспекта (мощение 26371 м. кв). В сентябре 2003 г система предприятий строительной индустрии МЕЛИКОНПОЛАР запустила новый завод-автомат по производству камня мощения испанской фирмы "Poyatos". Ввод в эксплуатацию завода позволило предприятию увеличить производство тротуарной плитки до 125 тыс. кв. м в месяц и повысить на 35-40 % свою долю на рынке тротуарной плитки Петербурга и Северо - Запада.

По данным ЗАО "Строительная информация" на 17 июля 2001 г темпы годового прироста потребности в тротуарной плитке в Санкт- Петербурге на ближайшие 2 года составляют 15-20 %. Емкость рынка оценивалась в 300-350 тыс. кв. метров в 2001 г и 420-480 тыс. кв. метров в 2002 г. В 2003 г емкость рынка производства тротуарной плитки, по оценкам специалистов, составила порядка одного миллиона квадратных метров в год.

Таким образом, объемы и темпы строительства с использованием искусственного камня мощения постоянно увеличиваются. В связи с этим, проектные и строительные организации чаще встречаются в своей работе с дорожным покрытием из камней мощения. Несмотря на богатый зарубежный и появившейся в последние годы отечественный опыт строительства таких покрытий, в области их расчета, проектирования и строительства имеются вопросы для дополнительного исследования.

При проектировании, форма, размеры искусственных камней мощения, а также их раскладка в дорожном покрытии, часто назначаются только исходя из поставленных архитектурных задач. Это происходит вследствие отсутствия достаточного количества данных о напряженно-деформированном состоянии таких покрытий, о влиянии формы, размеров камней и швов на работу покрытия. В практике строительства не решены вопросы с заполнением швов между камнями в местах отмостки зданий, не разработана система оценки эксплуатационных качеств дорожных покрытий из искусственных камней мощения, в том числе не определены методы оценки ее прочности.

Существующие методы расчета, проектирования и оценки эксплуатационных показателей сборных дорожных покрытий из крупноразмерных плит не могут быть использованы в полной мере для рассматриваемых покрытий. Размеры камня мощения во много раз меньше железобетонных плит, что отражается на напряженно-деформированном состоянии дорожной одежды.

Цель диссертационной работы - разработка методики расчета дорожной одежды с покрытием из ИКМ, исследование влияния размеров, форм ИКМ и материала заполнения швов на прочность дорожной одежды.

Задачи исследования:

1. разработка математической модели и методики расчета, которая бы учитывала связи между камнями мощения в покрытии, их форму и размеры;

2. экспериментальное и теоретическое исследование влияния форм, размеров искусственных камней мощения и швов в покрытии на прочность дорожной одежды;

3. разработка практических рекомендаций по расчету, проектированию, строительству и оценки прочности дорожных одежд с покрытием из искусственных камней мощения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, определяется обоснованностью параметров математической модели, реализацией решения на ПЭВМ с разработкой программы расчета и подтверждается экспериментальными исследованиями.

На защиту выносятся:

1. математическая модель и методика определения прогиба дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения;

2. результаты экспериментальных исследований дорожного покрытия из ИКМ;

3. рекомендации по совершенствованию расчета, строительству и оценки прочности дорожных одежд с покрытием из искусственных камней мощения.

При написании диссертации использовались следующие источники информации: статьи из сборников научных трудов Московского государственного автомобильно-дорожного института (МАДИ), Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ), Союздорнии и журналов "Строительная механика и расчет сооружений", "Основания и фундаменты", "Автомобильные дороги", "Механика твердого тела", авторефераты диссертаций и монографии по строительно-дорожной тематике, а также нормативные и рекомендательные документы в области расчета, проектирования и строительства сборных дорожных покрытий; информация, полученная в результаты посещений проводимых в Санкт-Петербурге международных выставок "BATIMAT", "Интерстройэкспо", "Дороги. Мосты. Тоннели", научно-практических конференций и семинаров по вопросам дорожного строительства.

Основные результаты диссертационной работы изложены на XXVIII и XXIX межвузовских научных конференциях в Санкт-Петербургском государственном техническом университете в 1999-2000 гг, на межрегиональном научно-практическом семинаре "Современные сборные покрытия городских дорог, элементов благоустройства и промышленных территорий" (15-17 декабря 1999 г, СПб), на заседании секции автомобильных дорог в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (6 февраля 2002 г), на конференции "Ландшафтный дизайн: новые технологии и подходы" (26-28 марта 2002 г, СПб), на Постоянно действующим межвузовском научно-практическом семинаре "Современные направления технологии строительного производства" в Военном инженерно-техническом университете (25 апреля 2003 г). По материалам диссертации опубликовано 7 статей.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель диссертационной работы, определены задачи исследования, дано краткое содержание работы. В первой главе выполнен анализ теоретических и экспериментальных работ по исследованию сборных дорожных покрытий, дается описание конструкции дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения, рассматривается методика ее расчета и указываются вопросы для исследования. Во второй главе, используя имеющийся опыт моделирования сборных дорожных покрытий, строится математическая модель дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения. Определяются линейные и угловые перемещения элементов (камней мощения) под действием приложенной нагрузки. Исследуется влияние материала заполнения швов, сил трения-заклинки между камнями на работу покрытия. В третьей главе на дорожном покрытии из камней мощения различной формы и размеров выполнены опыты по определению упругого прогиба. Сделаны выводы о влиянии формы и размеров камней мощения на работу покрытия. В четвертой главе выполнен сравнительный анализ результатов, полученных в ходе теоретического анализа и эксперимента, даются практические рекомендации, разработана методика расчета. В заключении делаются обобщенные выводы по

Заключение

В диссертации выполнен обзор литературы по расчету, проектированию и исследованию сборных дорожных покрытий из крупноразмерных, сочлененных и мелкоразмерных тротуарных плит. Анализ обзора показал, что для расчета дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения не могут применяться в полной мере существующие методы расчета сборных дорожных покрытий. Обоснована актуальность выбранной темы диссертации.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований возможно сделать следующие выводы.

1. Предложена математическая модель дорожного покрытия из искусственных камней мощения, которая имеет следующие преимущества перед известными моделями, описывающими сборные дорожные покрытия:

-учитывает материал заполнения швов и связи между камнями в покрытии посредством жесткостей;

-учитывает особенности нагружения дорожного покрытия из камней мощения.

2. Теоретически и экспериментально исследовано напряженно-деформированное состояние системы "дорожное покрытие из камней мощения на упругом основании", выявлена согласованность данных теории и опыта. По полученным значениям упругих прогибов, а также по способности сопротивления нагрузки, дорожная одежда с покрытием из искусственных камней мощения относится к нежестким дорожным одеждам.

3. Выявлено существенное влияние сил трения заклинки между камнями. Предложена общая формула для определения жесткости швов.

4. Выполнено исследование влияния формы и размеров камней мощения на работу дорожного покрытия.

5. Разработана методика расчета дорожной одежды с покрытием из искусственных камней мощения на основе предельно допускаемой деформации покрытия.

6. Даны практические рекомендации по строительству.

Результаты выполненной работы предлагается использовать для дополнения Руководства по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге, в разделах: проектирование, устройство и эксплуатация дорожных одежд с покрытием из камней мощения.

1. Агеев. В. Д. К расчету стыковых соединений сборных покрытий дорог и аэродромов. // Расчет строительных конструкций транспортных зданий и сооружений: Сб. науч. тр. МАДИ. М., 1994. - С. 103 - 107.

2. Апестин В. К., Шак А. М., Яковлев Ю. М. Испытания и оценка прочности нежестких дорожных одежд. М.: Транспорт, 1977. — 99 с.

3. Высоцкий Ю. Н., Петешов Ю. В. Оценка эксплуатационного состояния сборных дорожных покрытий. // Вопросы проектирования дорожных одежд со сборными и монолитными цементобетонными покрытиями: Труды Союздорнии. М., 1983. - С. 42-48.

4. Гайнуллин М. М., Романенко М. В. Заключительный отчет о НИР "Исследование и разработка сборных мелкоразмерных покрытий" (Шифр "Покрытие"). Этап 3. Обобщение результатов и определение ТЭП / ВИТУ. — СПб., 2003. 60 с. Инв. № 566684.

5. Гейзен Р. Е. Изгиб дискретно-соединенных сборных пластин на упругом основании. // Основания и фундаменты: Сб. науч. тр. ППИ. Пермь, 1982. — С. 88-94.

6. Гейзен Р. Е. Классификация расчетных схем и континуальные модели сборных пластин и оболочек с ослабленными стыками. // Строительная механика и расчет сооружений. 1983. - N 1. - С. 12-15.

7. Гейзен Р. Е. Классификация сборных плит и оболочек ограждающих сооружений. // Основания и фундаменты: Сб. науч. тр. ППИ. Пермь, 1980. - С. 98-103.

8. Гейзен Р. Е. Методы учета полосовых ослаблений в сборных плитах на упругом основании. // Основания и фундаменты: Сб. науч. тр. ППИ. Пермь, 1979. — С. 95-106.

9. Горецкий JI. И. Стыковые соединения плит бетонных покрытий. // Автомобильные дороги. 1979. - N 5. — С. 10 -11.

10. Гурьев Т. А. Техническое состояние автомобильных дорог: Учебное пособие. -JL: изд. ЛТА, 1985. 64 с.

11. Деггев А. В. Методы расчета напряжений в верхнем слое дорожной конструкции при наличии шва в основании. // Конструирование, расчет и испытание дорожных одежд: Труды Союздорнии. М., 1990. - С.22-25.

12. Дорожная терминология: Справочник / Под ред. М. И. Вейцмана. М.: Транспорт, 1985.- 183 с.

13. Железников М. А. Расчетная модель основания под бетонное покрытие. // Автомобильные дороги. — 1979. N 5. - С. 24-25.

14. Железников М. А. О расчете тонких шарнирно- соединенных полубесконечных плит, лежащих на двухслойном основании. // Инженерный журнал. 1965. - Т. 5, вып. 2. - С. 367-371.

15. Железников М. А. Усовершенствованный метод определения напряжений в слоях дорожной одежды. // Автомобильные дороги. — 1986. N 11. — С.11-12.

16. Железников М. А. Расчет напряжений в шарнирно-соединенных плитах от многоколесных и многоосных нагрузок. // Автомобильные дороги. — 1982. N 7.-С. 11-12.

17. Железников М. А. Напряжения и деформации в основании шарнирно-соединенных балочных плит. // Механика твердого тела. 1967. - N 3. - С. 132136.

18. Железников М. А. Особенности расчета дорожных одежд на воздействие трейлерных нагрузок. // Автомобильные дороги. Информационный сборник. -1994 . Вып. 11-12. - С.39-45.

19. Железников М. А. Исследование моделей одежд с цементобетонными покрытиями. // Конструирование дорожных одежд: Труды Союздорнии. Вып. 47.-М., 1971.-С.200-214.

20. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог/ Г. И. Глушков, В. Ф. Бабков, В. Е. Тригони и др.; Под ред. Г. И. Глушкова: Учеб. пособие для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1994. - 349 с.

21. Иванов Н. Н. , Пузаков Н. А., Барздо В. И. Расчет и испытание нежестких дорожных одежд. М., 1971. — 234 с.

22. Инструкция по проектированию жестких дорожных одежд: ВСН 197-91. -Введ. 01.01.92. М., 2000. - 83 с.

23. Инструкция по оценке прочности дорожной одежды нежесткого типа рычажным прогибомером. М.,1966. — 11 с.

24. Карпов Б. Н. Сборные многокомпонентные дорожные покрытия: Дис. докт. техн. наук. СПб.: СПбГАСУ, 2000. - 330 с.

25. Коганзон М. С. Исследование вертикальных упругих перемещений жестких дорожных одежд для оценки их прочности: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М.,1971. -26 с.

26. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд. / Под ред. Н. Н. Иванова. М.: Транспорт, 1973.-273 с.

27. Коренев Б. Г. Некоторые задачи теории упругости и теплопроводности, решаемые в бесселевых функциях. М.: Физматгиз, 1960. - 458 с.и строительство дорог на северо-западе РСФСР. JL, 1983. - (Сб. темат. тр. ЛИСИ).

28. Кривисский А. М. Вопросы назначения конструкций дорожных одежд. // Расчет и конструирование дорожных одежд: Труды Союздорнии. М., 1971.

29. Костиков Ю. Б., Шестопалов А. А. Модель силового воздействия на единичный элемент тротуарного покрытия // XXVIII неделя науки СПбГТУ: Материалы межвузовской науч. конф. Ч. II. /С-Петерб. гос. технический ун-т. -СПб., 2000.-С. 61-62.

30. Костиков Ю. Б. Устройство верхнего покрытия дороги в зоне трамвайных путей // Международная конференция "Трансбалтика 99": Статьи и тез. докл. / Вильнюсский технический ун-т. - Вильнюс, 1999. - С. 214 -216.

31. Марков JI. А., Мерзликин А. Е., Яковлев Ю. М. К вопросу о требуемых модулях упругости нежестких дорожных одежд. // Вопросы расчета и конструирования дорожных одежд: Труды Союздорнии. Вып. 105. - М., 1979,— С.93-104.

32. Межгосударственные отраслевые дорожные нормы. Проектирование нежестких дорожных одежд. Государственный дорожный научно-исследовательский институт. ФГУП "Союздорнии", 2002 г.

33. Мерзликин А. Е. Об особянностях напряженно-деформированного состояния дорожных одежд с трещиновато-блочным основанием. // Конструирование, расчет и испытание дорожных одежд: Труды Союздорнии. М., 1990. - С. 4346.

34. Методы расчета конструкций дорожных одежд жесткого типа под колесные и гусеничные нагрузки. / Обзор подготовил канд. техн. наук М. А. Железников. -М.: Информавтодор, 1994. 59 с.

35. Никишин В. С., Чернигов А. В. Задача об изгибе на многослойном полупространстве тонкой упругой плиты с двумя шарнирами на ортогональных прямых. // Исследования по механике дорожных одежд: Труды Союздорнии. -М., 1985.-С. 39-55.

36. Носов В. П. Прогнозирование повреждений жестких слоев дорожных одежд на основе математического моделирования: Автореф. дис. докт. техн. наук. М., 1996.-26 с.

37. Орловский В. С., Асатрян М. С. О прочности стыковых соединений. // Автомобильные дороги. 1982. - N 7. - С. 9-10.

38. Орловский В. С. Расчет основания под сборное покрытие. // Автомобильные дороги.-1986.- N 1.-С. 18-19.

39. Павлова Н. С. Особенности работы тротуаров с покрытиями из сборных бетонных элементов. // Совершенствование методов строительства и эксплуатации автодорог: Сб. науч. тр. МАДИ. М., 1982. - С. 84-89.

40. Першин М. Н., Калижников А. М., Радов В. П. Дорожное грунтоведение. -СПб., 1998.-45 с.

41. Петришин В. И., Приварников А. К. Основные граничные задачи теории упругости для многослойных оснований. // Прикладная механика. 1965. - Т. 1, вып. 4. - С.58-66.

42. Платонов В. П. Сборные покрытия из малоармированных бетонных плит для внутрихозяйственных автомобильных дорог. Дис. канд. техн. наук. — СПб.: СПбГАСУ, 1989,-180 с.

43. Предложения по расчету и конструированию цементобетонных покрытий на основаниях различных типов. Балашиха. Моск. обл., 1968. - 63 с.

44. Руководство по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге. СПб.: Мэрия СПб., 1996. - 50 с.

45. Сергеева Г. Б. Некоторые исследования упруго- податливых конструкций стыковых соединений плит сборно-монолитных предварительно напряженных дорожных покрытий: Автореф. дис. канд. техн. наук. Саратов, 1973. - 24 с.

46. Симановский А. М. Исследование напряженно- деформированного состояния и разработка конструкций малоармированных сочлененных плит для строительства сборных покрытий дорог: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л., 1982.-23 с.

47. Смирнов А. В. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций: Учеб. пособие. Омск: Изд. ОмГТУ, 1993.-127 с.

48. Соколов А. Н. Особенности работы двухслойных жестких покрытий с податливой разделительной прослойкой. // Автомобильные дороги. 1993. - N 10.-С. 9-10.

49. Соколов А. Н. Применение дренирующих слоев в основании сборного аэродромного покрытия. // Автомобильные дороги. 1990. - N 12. - С. 14-16.

50. Строганова С. М. Изгиб четвертьбесконечных плит на комбинированном основании. // Строительная механика и расчет сооружений. 1983. - N 2. — С. 31-33.

51. Степушин А. П., Лещинская Т. П. Несущая способность стыкового соединения плит покрытия. // Автомобильные дороги. — 1986. N 6. — С. 7-8.

52. Теляев П. И., Мазуров В. А., Налобин И. Н. Приведение дорожных одежд к двухслойным и трехслойным расчетным моделям. // Исследования по механике дорожных одежд: Труды Союздорнии. М., 1985. - С. 13-23.

53. Тимофеев А. А. Сборные бетонные и железобетонные покрытия городских дорог и тротуаров. М.: Стройиздат, 1986. - 313 с.

54. Травуш В. И. Изгиб неизолированных плит, лежащих на линейно-деформируемом основании общего типа. // Исследования по теории сооружений. 1969. - Вып. 17. - С. 73-84.

55. Травуш В. И. Метод обобщенных решений в задачах изгиба плит на линейно-деформируемом основании. // Строительная механика и расчет сооружений. — 1982.-N1.-С. 24-28.

56. Федотов Г. А. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог. -М.: Транспорт, 1986.-183 с.

57. Analysis of load fransfer at joints in concrete pavements/ Zhou Deyung, Yao Zukang// Tongil daxue xuebao=J. Tongji Univ.-1993.- 21. N 1.

58. Efficiency of load transver at joints in concrete pavements. Fukute Tsutomu, Hachiya Yoshitaka. Jap. Soc. Civ. Eng., 1984, N 343.

59. Concrete Paving Bloks for pedestrain areas // N. Z. Coner. Constr. 1991.

60. Konstruction von. StraBen aus Betonblock — steinen / Knapton J // Beton werk + Fertigteil - Techn -1990 - 56 №8.