Влияние параметров покрытия из искусственных камней мощения на прочность дорожной одежды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Костиков, Юрий Борисович

• Костиков, Юрий Борисович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Костиков, Юрий Борисович

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние параметров покрытия из искусственных камней мощения на прочность дорожной одежды»

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 диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Костиков, Юрий Борисович

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Костиков, Юрий Борисович, 2004 год

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.