ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕДЕНИЮ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО (Росавтодор)

Москва 2015

ОДМ 218.3.051-2015

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН ФГБОУ ВПО «Московский автомобильнодорожный государственный технический университет (М АД И)»

Руководитель разработки: д-р техн. наук, профессор ИВ. Демьянушко

Исполнители: канд. техн. наук, профессор В.М. Стайн, канд. техн. наук, А.В. Стайн.

2 ВНЕСЕНУ правлением    научно-технических исследований и информационного обеспечения

3    ИЗДАНна основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 04.12.2015 № 2333-р

4    ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

111

ОДМ 218.3.051-2015

СОДЕРЖАНИЕ

№ стр.

1    Область применения............................................. 1

2    Нормативные ссылки............................................. 1

3    Термины и определения......................................... 1

4    Общие положения................................................ 3

5    Выбор программного продукта для создания Ю моделей

многослойных дорожных одежд................... 4

6    Конечно-элементные модели для расчета плиты жесткого

дорожного покрытия................................. 6

6.1    Описание КЭ модели............................................. 6

6.2    Использование предлагаемой КЭ модели для оценки

влияния модели основания на напряженно деформированное состояние дорожной конструкции....    8

6.3    Тестирование предлагаемой КЭ модели плиты жесткого

дорожного покрытия................................. 13

6.4    Рекомендации по использованию мультидисциплинарных КЭ комплексов на стадии проектирования жестких

дорожных одежд............................................................. 13

Параметрические конечно-элементные модели для расчета конструкций швов жестких дорожных покрытий .    18

7.1    Расчетное положение транспортной нагрузки на жестком

покрытии, усиленном в поперечных швах стальными штырями............................................. 20

7.2    Исходные данные для тестирования параметрической КЭ

модели.......................................................... 21

7.3    Расчеты на действие транспортной нагрузки............... 26

IV

ОДМ 218.3.051-2015

7.4    Расчеты на действие высоких (летних) температур.........    33

7.5    Расчёты на действие транспортной нагрузки и высоких

(летних) температур.............................................. 36

7.6    Расчёты    на действие низких (зимних) температур........    40

7.7    Расчёты    на действие транспортной нагрузки и низких

(зимних) температур............................................. 43

7.8    Рекомендации    по использованию параметрических Ю

моделей при проектировании швов сжатия, усиленных

стальными штырями, в жёстких дорожных покрытиях.. 49

8    Конечно-элементные модели для расчёта    дорожных

покрытий на продольную устойчивость..................... 51

8.1    Факторы, влияющие на потерю устойчивости дорожным

покрытием............................................ 51

8.1.1    Влияние температуры........................................... 51

8.1.2    Влияние коэффициента температурного расширения...    52

8.1.3    Влияние влажности бетона..................................... 52

8.1.4    Влияние возраста покрытия.................................... 52

8.1.5    Влияние наличия поперечных швов и трещин............. 52

8.1.6    Влияние антигололёдных реагентов.......................... 53

8.1.7    Влияние грунтового основания................................ 53

8.1.8    Влияние величины транспортных нагрузок................. 54

8.2    Виды теплообмена дорожного покрытия с окружающей

средой............................................................... 54

8.2.1    Кондуктивная теплопередача.................................. 55

8.2.2    Конвективная теплопередача................................... 55

V

ОДМ 218.3.051-2015

8.2.3    Радиационная теплопередача................................... 55

8.3    Конечно-элементная модель теплового взаимодействия    56

дорожного покрытия с окружающей средой....................

8.3.1    Разработка и тестирование конечно-элементной модели

теплового взаимодействия дорожного покрытия с окружающей средой................................................ 56

8.3.2    Использование конечно-элементной модели теплового

взаимодействия дорожного покрытия с окружающей средой для предсказания температуры на поверхности покрытия............................................................... 62

8.4    О механизме потери устойчивости жестким дорожным

покрытием.......................................................... 65

8.5    Выбор конечно-элементных моделей для исследования

устойчивости дорожного покрытия........................... 68

8.6    Анализ результатов, полученных с помощью плоской КЭ

модели дорожной одежды при стационарном температурном воздействии.................................... 73

8.7

9    Конечно-элементная модель для исследования

продольной устойчивости плит жестких дорожных покрытий при нестационарном температурном воздействии......................................................... 75

9.1    Постановка задачи................................................ 75

9.2    Пример расчета................................................... 79

9.3    Практические рекомендации.................................. 85

10    Пространственные КЭ модели для расчета жестких

дорожных покрытий на продольную устойчивость..........    87

ОДМ 218.3.051-2015

10.1    Возможности пространственной конечно-элементной

модели и определение её параметров........................ 87

10.2    Влияние состояния продольных швов покрытия на

граничные условия для его конечно-элементной    модели    89

10.2.1    Плиты средней полосы многополосного дорожного

покрытия (случай закрепления плит покрытия в продольных швах)................................................ 91

10.2.2    Плиты со свободными продольными краями............... 93

10.2.3    Плиты, примыкающие к обочине (закрепление    только в

одном продольном шве)......................................... 95

10.3    Потеря устойчивости покрытием с незакреплёнными

продольными краями............................................. 96

10.4    Потеря устойчивости покрытием с краями,

закреплёнными в продольном шве............................ 97

10.5    Влияние различных факторов на продольную

устойчивость пространственной конечно-элементной модели жёсткого дорожного покрытия...................... 98

10.5.1    Влияние транспортной нагрузки.............................. 98

10.5.2    Влияние разрушения части плиты............................ 102

10.5.3    Покрытие без укреплённого цементом слоя песка в

основании........................................................... 105

10.5.4    Покрытие с частично разрушенным основанием под

поперечными швами............................................. 107

10.5.5    Влияние поперечных трещин на продольную

устойчивость жёсткого дорожного покрытия.............. 110

10.6    Выводы по результатам, полученным с помощью

пространственной КЭ модели.................................. 112

10.7    Рекомендации по использованию конечно-элементных

VII

ОДМ 218.3.051-2015

моделей для расчета продольной устойчивости плит конструкций дорожной одежды жесткого типа и профилактике нарушения продольной устойчивости

плит.................................................................. 114

11    Конечно-элементные    модели    для    расчетов

многополосных жестких дорожных покрытий............. 119

11.1    Описание конечно-элементной модели трехполосного

жесткого дорожного покрытия................................. 119

11.2    Нагрузка в середине плиты с отпечатком одного из колес

на краю плиты............................................. 123

11.3    Нагрузка от двух осей, приложенная на краях плиты....    127

11.4 Влияние жесткости штыревых связей в поперечных и продольных швах на напряженно-деформированное

состояние покрытия.............................................. 131

12    Расчет    на    совместное    действие    температуры и

транспортных нагрузок.......................................... 134

12.1    Нагрузка в середине плиты с отпечатком одного из колес

на краю плиты и температурное воздействие......    134

12.2    Нагрузка от двух осей, приложенная на краях плиты, и

температурное воздействие.................................... 137

12.3 Рекомендации по созданию конечно-элементных моделей для многополосных жестких дорожных покрытий, усиленных в продольных и поперечных швах стальными

штырями.............................................................. 141

Заключение......................................................... 142

Библиография..................................................... 143

VIII

ОДМ 218.3.051-2015

1    Область применения

Настоящий ОДМ устанавливает рекомендации по применению метода конечных элементов для расчёта многослойных дорожных одежд с использованием мульти дисциплинарных конечно-элементных комплексов.

2    Нормативные ссылки

В настоящем ОДМ использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения.

ГОСТ Р 52398-2005 Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования.

ГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт. Бетоны. Классификация и общие технические требования.

ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения.

ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.

ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.

СП 121.13330.2012 Свод правил. Аэродромы. Актуализированная редакция СНиП 32-03-96.

3    Термины и определения

В настоящем ОДМ применены следующие термины с

1

ОДМ 218.3.051-2015

1    покрытие: Верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая непосредственно усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов.

2    основание покрытия: Конструктивный слой дорожной одежды, расположенный под покрытием, и обеспечивающий совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна.

3    искусственное укрепленное основание: Основание покрытия, выполненное из обработанных вяжущим материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе.

4    искусственное неукрепленное основание:    Слои между

искусственным укрепленным основанием и грунтом земляного полотна, выполняющие морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции.

5    жесткое покрытие: Покрытие, выполненное из цементобетона, а также асфальтобетонное покрытие на цементобетонном основании.

6    предельное состояние: Состояние конструкции, при наступлении которого она становится неспособной сопротивляться внешним воздействиям или получает недопустимые по условиям эксплуатации повреждения.

7    нормативная нагрузка: Установленное нормами значение веса транспортного средства или его категории.

8    расчетная нагрузка: Нагрузка, учитывающая условия эксплуатации и конфигу рацию транспортного средства или категории.

9    МКЭ: Метод конечных элементов.

10    КЭ: Конечный элемент

11    цементопесок: Песок, укреплённый цементом.

12    НДС: Напряженно-деформированное состояние.

2