Влияние параметров конструкции дорожной одежды на процесс образования уступов между плитами цементобетонного покрытия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Фотиади, Андрей Александрович

• Фотиади, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фотиади, Андрей Александрович

Введение.

Глава 1. Отечественный и зарубежный опыт применения цементобетонных покрытий.

1.1. Опыт применения цементобетонных покрытия в России.

1.2. Краткий обзор зарубежного опыта.

1.3. Новые направления в развитии методов расчёта и конструирования.

1.4. Цель и основные задачи исследования.

Глава 2. Теоретические предпосылки образования уступов на автомобильных дорогах с цементобетонным покрытием.

2.1. Анализ физических процессов вызывающие образования уступов между плитами цементобетонного покрытия.

2.2. Вертикальные и горизонтальные перемещения цементобетонных плит в зоне поперечных швов.

2.3. Выбор критерия для прогнозирования уступов в зоне поперечных швов сжатия.

Глава 3. Результаты натурных обследований построенных ранее цементобетонных покрытий.

3.1. Основные задачи и методика обследования.

3.2. Параметры и расположение объектов.

3.3. Анализ результатов обследования.

3.4. Влияние образования уступов на ровность дорожного покрытия.

Глава 4. Моделирование процесса образования уступов.

4.1. Существующий метод расчёта по определению высоты уступов.

4.2. Зарубежные методы прогнозирования уступов с помощью математического моделирования.

4.3. Предлагаемая математическая модель прогнозирования уступов на основе энергии деформации в зоне поперечных швов сжатия.

4.4. Влияние основных параметров конструкции дорожной одежды на интенсивность образования уступов на основе предлагаемой модели.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние параметров конструкции дорожной одежды на процесс образования уступов между плитами цементобетонного покрытия»

Актуальность исследования. Одной из важнейших задач федеральной целевой программы "Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)", подпрограмма "Автомобильные дороги", является применение технических решений обеспечивающих увеличение межремонтных сроков дорожных сооружений. По этой причине можно ожидать, что увеличение объёмов строительства цементобетонных покрытий станет важнейшим направлением в решении этой задачи. Увеличение доли автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями в общей протяжённости сети дорог будет способствовать сокращению государственных расходов на ремонт и содержание автомобильных дорог.

Конструктивной особенностью цементобетонных покрытий являются деформационные швы для обеспечения возможности деформации конструкции в процессе эксплуатации под влиянием изменений температуры окружающей среды.

Опыт эксплуатации цементобетонных покрытий показал, что с течением времени между плитами могут образовываться уступы высотой несколько миллиметров. Образование уступов ухудшает продольную ровность проезжей части, увеличивает сопротивление движению, делает движение автомобилей менее комфортным, вызывает вертикальные колебания автомобилей, увеличивающие нагрузку на проезжую часть автомобильной дороги.

С целью предотвращения или ограничения образования уступов в инструкции по расчёту и конструированию цементобетонных покрытий предусмотрены специальные требования к основаниям таких покрытий. Однако, как показывают результаты натурных исследований на большей части времени происходит образование уступов. Таким образом, возникает необходимость в исследовании процесса образования уступов на цементобетонных покрытиях и установлении факторов, в наибольшей степени влияющих на интенсивность их увеличения.

В связи с этим исследование процесса образование уступов представляет собой большую научную и практическую ценность, что обусловливает актуальность исследования.

Целью исследования является исследование процесса образования уступов между плитами на автомобильных дорогах с цементобетонным покрытием.

Научная новизна

• Уточнены теоретические предпосылки образования уступов в поперечных швах сжатия и факторы, влияющие на их развитие.

• Предложена математическая модель прогнозирования процесса образования уступов на основе учёта энергии деформации в зоне поперечных швов сжатия.

• Определены параметры конструкции дорожной одежды с цементобетонным покрытием, наиболее существенно влияющие на интенсивность образования уступов во времени.

Практическая ценность. Практическая ценность заключается в возможности использования полученной математической модели при конструировании новых дорожных одежд с цементобетонным покрытием для ограничения процесса образования уступов в течение эксплуатации автомобильной дороги.

На защиту выносятся:

- результаты теоретического анализа процессов взаимного смещения плит цементобетонных покрытий под влиянием многократных нагружений автомобильными нагрузками, изменения температуры, с учётом изменения модуля упругости основания.

- результаты натурных измерений величины уступов на автомобильных дорогах, построенных более 20 лет.

- математическая модель прогнозирования процесса увеличения уступов во времени на основе учёта энергии деформации в зоне поперечных швов сжатия.

Апробация работы. Во время выполнения данной диссертационной работы её основные положения были доложены автором на заседаниях кафедры строительства и эксплуатации дорог МАДИ (ГТУ) (2006, 2007, 2008 гг.). Основные теоретические и экспериментальные результаты были доложены: на 65-й, 66-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ) (2007, 2008 гг.), всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» в ИТС КГАСУ в Казани 2008 г., Ш всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования», посвящённой 100-летию со дня рождения К.Х. Толмачёва в СибАДИ в 2008 г.

Публикации. По результатам исследования опубликованы четыре печатных статьи: статья в сборнике научных трудов Всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» в ИТС КГАСУ в Казани 2008 г., в сборнике научных докладов «Международные транспортные коридоры» - Баку, 2008 г., в международном научно-техническом журнале «Наука и техника в дорожной отрасли» №3 - 2008 (46), в научно-техническом и производственном журнале «Транспортное строительство» №9 — 2008 г.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, 4 приложений. Основной текст диссертации состоит из 159 страниц печатного текста, 92 рисунка, 25 таблиц. Библиография состоит из 87 наименования использованных литературных источников.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Фотиади, Андрей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретические исследования позволили выявить основные причины образования уступов, к которым следует отнести: накопление остаточных деформаций в нижележащих слоях в зоне поперечных швов; вымывание частиц грунта и основания в виде выплесков в период выпадение осадков; коробление плит при градиенте температуры и влажности; периодическое раскрытие и закрытие швов в результате изменения средней температуры цементобетонных плит.

2. На основе натурных обследований автомобильных дорог с цементобетонным покрытием получены массивы данных, характеризующие процесс образования уступов, и проведено сопоставление параметров этого процесса с параметрами климатических условий и конструкций дорожных одежд, интенсивностью и составом движения.

3. Разработана кумулятивная математическая модель прогнозирования уступов на цементобетонных покрытиях учитывающая во времени изменение параметров транспортного потока и метеорологических условий.

4. Выполненные расчёты подтвердили возможность оценки влияния параметров штыревых соединений, расстояния между поперечными швами, толщины цементобетонной плиты и оснований на интенсивность увеличение уступов.

152

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фотиади, Андрей Александрович, 2009 год

1. Апестин, B.K. Исследование работы дорожных цементобетонных покрытий под действием транспортных нагрузок и температуры применительно к расчёту геометрических параметров плиты: Дис. канд. техн. наук. 1969.

2. Астафьев, В.И. Расчёт цементобетонных покрытий автомобильных дорог с учётом влияния схемы приложения расчётной нагрузки и перераспределения усилий в бетоне. Дис. канд. техн. наук. Львов, 1963.

3. Бабков, В.Ф. Автомобильные дороги: Учебник для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1983. 280 с.

4. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения / В.Ф. Бабков. -М.: Транспорт, 1993.-271 с.

5. Бабков, В.Ф. Ландшафтное проектирование автомобильных дорог: учеб. пособие для автомобильно-дорожных вузов / В.Ф. Бабков. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1980. - 189 с.

6. Бабков, В.Ф. Некоторые вопросы расчёта толщины бетонных покрытий и оснований. Сб. Цементобетон в дорожном строительстве. М.: Дориздат, 1950 г.

7. Бельковский, C.B. Исследование бетонных дорог на опытной станции ЛАДИ. Л.: ОГИЗ Гострансиздат. Ленинградское отделение. 1935.

8. Бетонные покрытия автомобильных дорог. A.M. Защепин, Е.Ф. Левицкий, В.И. Овчаров и др. 1961 г. 382 с.

9. Бондарева, Э.Д. Исследование некоторых вопросов температурных полей в цементобетонных покрытиях автомобильных дорог и аэродромов. Дис. канд. техн. наук. Ленинград, 1971.

10. Ю.Глуппсов, Г.И., Манвелов, Л.И. Михайлов A.B., Раев-Богословский Б.С. Реконструкция бетонных покрытий аэропортов. М.: Транспорт, 1965.

11. П.Гмурман, В.Е. Руководство по решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высшая школа, 1979.

12. Горбунов-Посадов, М.И., Маликова, Т.А. Расчёт конструкций на упругом основании. Изд 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1973.

13. Горбунов-Посадов, М.И., Маликова, Т.А. Расчёт конструкций на упругом основании. М., Стройиздат. 1973 г. 626 с.

14. Горецкий, Л.И. Бетонные покрытия на аэродромах. М.: Воениздат, 1950.

15. Горецкий, Л.И. Теория и расчёт цементобетонных покрытий на температурные воздействия. -М.: Транспорт, 1965. 284 с.

16. Дорожная наука: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т. IV / А.П. Васильев, В.Д. Казарновский, В.П. Носов и др.; Под ред. канд. техн. наук A.A. Надежко. -М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2006. -393 с.

17. Дорожно-строительные материалы: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т. Ш / Н.В. Быстров, Э.М. Добров, Б.И. Петрянин и др.; Под ред. канд. техн. наук Н.В. Быстров. М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2005. - 465 с.

18. Дорожная терминология: Справочник / Под ред. М.И. Вейцмана. М.: Транспорт, 1985, - 310 с.

19. Железников, М.А. Исследование напряжённого состояния оснований дорожных бетонных покрытий: Дис. канд. техн. наук. Ленинград, 1969.

20. Жемочкин, Б.Н., Синицын, А.П. Практические методы расчёта балок и плит на упругом основании без гипотезы Винклера. М.: Сторйиздат, 1947.

21. Жёсткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог / Г.И. Глушков, В.Ф. Бабков, И. А. Медников и др.; Под. ред. Г.И. Глушкова. -М.: Транспорт, 1987.-255 с.

22. Защепин, А.Н. Апестин, В.К. Состояние дорожных бетонных покрытий в зависимости от интенсивности движения и типа основания. Труды Союздорнии, Вып. 8, 1965.

23. Защепин, А.Н. Апестин, В.К. О влиянии интенсивности и состава движения на трещиностойкость цементобетонных плит различной длины. Труды Союздорнии, Вып. 1968.

24. Иванов, H.H., Защепин, А.Н., Корсунский М.Б., Мотылёв Ю.Л., Пузаков H.A., Тулаев А .Я. Проектирование дорожных одежд. М.: Автоорансиздат, 1955 г. - 252 с.

25. Иванов, H.H. Коганзон, М.С., Коновалов, C.B. Основы новой методики расчёта жёстких дорожных одежд с учётом повторности воздействия нагрузки. М.: Высшая школа, 1969.

26. Изыскание и проектирование аэродромов. Учебник для вузов / Г.И. Глушков, В.Ф. Бабков, Л.И. Горецкий, A.C. Смирнов; Под ред. Г.И. Глушкова. -М.: Транспорт, 1981.- 616 с.

27. Изыскание и проектирование аэродромов: Учебник для вузов / Г.И. Глушков, В.Ф. Бабков, В.Е. Тригони и др.; Под ред. Г.И. Глушкова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1992г. - 463 с.

28. Калинин, В.Н. математическая статистика: Учеб. для студ. спец. учеб. заведений / В.Н. Калинина, В.Ф. Панкин. 4-е изд., испр. -М.: Дрофа, 2002.

29. Каменецкий, Л.Б. Исследование и расчёт предварительно напряжённых дорожных покрытий и безарматурным обжатием бетона. Дис. канд. техн. наук. М., 1970.

30. Карпов, Б.Н. Характер работы швов и деформации дорожных бетонных покрытий под влиянием воздействий природных факторов. Дис. канд. техн. наук. Л., 1970.

31. Ключников, Г.Я. Исследование работы и расчёт бетонных покрытий в комплексе с различными основаниями при многократном нагружении: Дис. канд. техн. наук. М., 1968.

32. Коганзон, М.С. Метод расчёта работоспособности дорожных одежд. Повышение качества и надёжности в строительстве и эксплуатации автомобильных дорог. Труды МАДИ. М.: 1988.

33. Коренев, Б.Г. Вопросы расчёта балок и плит на упругом основании. М. 1954.

34. Коренев, Б. Г., Черниговская, Е. И. Расчет плит на упругом основании. Пособие для проектировщиков. М., «Стройиздат», 1962, с- 355.

35. Лапшин, В.А. Исследование трещиностойкости дорожных цементобетонных покрытий от воздействия автомобилей и температуры в условиях Узбекистана: Дис. канд. техн. наук. М.: 1976.

36. Левицкий, Е.Ф., Чернигов, В.А. Бетонные покрытия автомомбильных дорог. -М.: Транспорт, 1980. -288 с.

37. Маслов, H.H., Котов, М. Ф. Инженерная геология. М.: Издательство литературы по строительству, 1971.

38. Медников, И.А. Исследование по теории расчёта бетонных покрытий автомобильных дорог. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: 1965.

39. Медников, И.А. Температурные напряжения цементобетонных дорожных покрытий. Труды МАДИ выпуск 15. М.: Дориздат, 1953.

40. Методические рекомендации по проектированию жёстких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91). Москва 2004 г.

41. Методические рекомендации по ремонту цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Москва 2003 г.

42. Митропольский, А.К. Техника статистических вычислений. — М.: Наука, 1971.-576 с.

43. Носов, В.П. Некоторые вопросы расчёта бетонных покрытий на многократное действие большегрузных автомобилей. Дис. канд. техн. наук. М., 1971.

44. Носов, В.П. Прогнозирование повреждений жёстких слоёв дорожных одежд на основе математического моделирования. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: 1996.

45. Носов, В.П. Учёт повторности автомобильной нагрузки при расчёте бетонных покрытий. Труды Промтрансниипроекта, вып. 7. 1977.

46. Носов, В.П. Расчёт цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Учебное пособие. М.: Ротапринт МАДИ, 1980.

47. Носов, В.П. Прогнозирование срока службы цементобетонных покрытий: Труды МАДИ. Надёжность автомобильных дорог. 1980.

48. Носов, В.П. Применение математического моделирования для прогнозирования работоспособности цементобетонных покрытий: Труды МАДИ. Повышение прочности и надёжности дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог. 1981.

49. Носов, В.П. Применение математического моделирования для прогнозирования срока службы цементобетонных покрытий: Труды МАДИ. Проектирование и строительство внутрихозяйственных дорог колхозов и совхозов. 1985.

50. Оценка прочности нежёстких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89): ОДН 218.1.052-2002 / Гос. Служба дор. хоз-ва (Росавтодор) Минтранса России. -М.: Информавтодор, 2003. 65 с.

51. Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т. II / А.П. Васильев, Э.В. Дингес, М.С. Коганзон и др.; Под редакцией А.П. Васильева. — М.: Информавтодор, 2004 507 с.

52. Середин, Ю.В. Исследование взаимодействия бетонных плит с основанием и их температурного режима, обусловленного атмосферным температурным фактором. Дис. канд. техн. наук. М., 1964.

53. Справочник дорожных терминов / Под ред. д-ра техн. наук проф. В.В. Ушакова. -М.: «ЭКОН-ИНФОРМ», 2005.-256 с.

54. Строительство автомобильных дорог. Часть II. Устройство усовершенствованных покрытий производственные предприятия дорожного строительства, организация дорожно-строительных работ. Под ред. В.М. Могилевич. -М.: Транспорт, 1964.

55. Строительство и реконструкция автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т. I / А.П. Васильев, Б.С. Марышев, В.В. Силкин и др.; Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.П. Васильева. -М.: Информавтодор, 2005. 646 с.

56. Сообщение Защепина А.Н. Расширение строительства автомобильных дорог с цементно-бетонными покрытиями. -М.: 1958. — 15 с.

57. Справочник по климату СССР. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1968.

58. Степушин, А.П. Разработка вероятностно-статистического метода расчёта прочности жёстких покрытий аэродромов и автомобильных дорог. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: 1995.

59. Техника статистических вычислений. Митропольский А.К. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1971.

60. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.; Изд. Госстройиздат, 1937.

61. Тимошенко С.П. Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Изд. Наука, 1966.

62. Тригони В.Е., Апестин В.К. Садовой В.Д. Проблема надёжности и долговечности жёстких аэродромных покрытий. Труды ГПИ И НИИГА Аэропроект, вып. 2, М., 1968.

63. Тригони, В.Е. Струйная эрозия аэродромов. М. Транспорт, 1981.

64. Трофименко, Ю. В. Экология: Транспортное сооружение и окружающая среда : учеб. пособие для студ. Высш. учеб. заведений / Ю.В. Трофименко, Г.И. Евгеньев; под ред. Ю.В. Трофименко. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 400 с.

65. Усов, Б.И. Исследование несущей способности бетонных плит на различных основаниях. Дис. канд. техн. наук. Львов, 1968.

66. Ушаков, В.В. Исследование температурного режима и путей улучшения свойств жёстких покрытий в условиях сурового климата.: Автореф. дис. . канд. Техн. наук. -М., 1980.

67. Феднер, Л.А., Васильев, Ю.Э. Методические указание по проектированию цементобетона. Москва 1988 г.

68. Шестопёров, С.В. Технология бетона. Учебное пособие для вузов. М., «Высш.школа», 1977. 432 с.

69. Шестопёров, С.В., Защепин, А.И. Новые исследования в области цементного бетона. -М.: ДОРИЗДАТ , 1949.

70. A Guide to Concrete Road Construction. Transport and Road Research Laboratory. 1978.

71. Bracher M., Sensitivity of thee 2002 Pavement Design Guide. Washington. 2004.

72. Computer-Based Guidelines for Concrete Pavements, Volume II: Design and Construction Guidelines and HIPERPAVII User's Manual. 2005.

73. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Part 2. Design inputs. Chapter 2. Material characterization. 2003

74. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Part 3. Design analysis. Chapter 4. Design of new and reconstructed rigid pavements. 2004

75. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Appendix BB: Design Reliability. 2003

76. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Appendix JJ: Transverse joint faulting model. 2003

77. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Appendix KK: Transverse Cracking of JPCP. 2003

78. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Appendix PP: Smoothness Prediction for Rigid Pavements. 2003

79. Guide for Mechanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures. Appendix QQ: Structural Response Models for rigid Pavements. 2003

80. Improved Prediction Models for PCC Pavement Performance-Related Specifications, Volume I: Final Report. 2000.

81. Improved Prediction Models for PCC Pavement Performance-Related Specifications, Volume II: PaveSpec 3.0 User's Guide. 2000.

82. Highway Development and Management. Volume 6. Modelling road deterioration and works effects. Birmingham. 2001.

83. Kannekanti V., Harvey J. Sensitivity Analysis of 2002 Design Guide Rigid. Pavement Distress Prediction Models. 2006

84. Kathleen Hall, Dan Dawood, Suneel Vanikar. Long-Life Concrete Pavements in Europe and Canada. National Cooperative Highway Research Program. 2007.

85. Khazanovich L., Darter M., and Bartlett. Common Characteristics of Good and Poorly Performing PCC Pavements. Federal Highway Administration, Washington, DC, 1997.

86. Stock A. F. Concrete pavements. London and New York. 1988.