ОДМ 218.3.1.005-2021

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Проектирование нежестких дорожных одежд. Методические рекомендации по расчету параметров напряженно-деформированного состояния многослойных конструкций при воздействии колесных нагрузок

ОКС 93.080.01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса" (АНО "НИИ ТСК") совместно с обществом с ограниченной ответственностью "Научно-технический Центр "ГЕОТЕХНОЛОГИИ"" (ООО "НТЦ "ГЕОТЕХНОЛОГИИ"").

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 17.02.2021 N 567-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

     1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) распространяется на проектирование нежестких дорожных одежд (далее - дорожные одежды) автомобильных дорог общего пользования (далее - автомобильные дороги) и устанавливает методические рекомендации по расчету параметров напряженно-деформированного состояния многослойных конструкций нежестких дорожных одежд при воздействии колесных нагрузок.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

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

ГОСТ 32960-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения

ГОСТ 33100-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог

ГОСТ Р 58818-2020 Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Проектирование, конструирование и расчет

ГОСТ Р 59280-2020 Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения усталостной долговечности при непрямом растяжении

ПНСТ 265-2018 Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование нежестких дорожных одежд

ПНСТ 371-2019 Дороги автомобильные общего пользования с низкой интенсивностью движения. Дорожная одежда. Конструирование и расчет

Примечание - При пользовании настоящим методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании данным методическим документом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 двухслойная конструкция нежесткой дорожной одежды: Нежесткая дорожная одежда, состоящая из одного конструктивного слоя, расположенного на грунте земляного полотна, являющемся полупространством.

3.2 дополнительные слои основания дорожной одежды: Слои между конструктивным нижним слоем основания и рабочим слоем земляного полотна, предусматриваемые для обеспечения требуемой морозоустойчивости и дренирования дорожной конструкции, позволяющие регулировать ее водно-тепловой режим и снижать толщину вышележащих слоев из материалов дорожной одежды.

3.3 дорожная конструкция: Часть автомобильной дороги как транспортного сооружения, включающая земляное полотно и дорожную одежду.

3.4 дорожная одежда: Конструктивный элемент автомобильной дороги, воспринимающий нагрузку от транспортных средств и передающий ее на земляное полотно.

[пункт 3.8 ГОСТ 33100-2014]

3.5 земляное полотно: Конструктивный элемент, служащий основанием для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства автомобильной дороги.

[пункт 3.11 ГОСТ 33100-2014]

3.6 многослойная конструкция нежесткой дорожной одежды: Нежесткая дорожная одежда, состоящая из двух и более конструктивных слоев, расположенных на грунте земляного полотна, являющемся полупространством.

3.7 напряженно-деформированное состояние дорожной одежды: Множество действующих в каждой точке конструкции напряжений и деформаций в фиксируемый момент времени, возникающих из-за приложения к конструкции внешних воздействий.

3.8 нежесткая дорожная одежда: Дорожная одежда, не содержащая в своем составе конструктивных слоев из монолитного цементобетона, сборного железобетона.

[пункт 3.10 ГОСТ 33100-2014]

3.9 несущее основание дорожной одежды: Несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои основания или грунт земляного полотна.

3.10 нормативная осевая нагрузка: Полная нагрузка от наиболее нагруженной оси условного двухосного автомобиля, к которой приводятся все автомобили с меньшими осевыми нагрузками, устанавливаемая сводами правил для дорожных одежд при заданной капитальности и используемая для определения расчетной нагрузки при расчете дорожной одежды на прочность.

[пункт 3.10 ГОСТ 33100-2014]

3.11 осесимметричный штамп: Круговой штамп, нагрузка от которого на однородное, двухслойное или многослойное полупространство зависит от координаты и не зависит от полярного угла .

3.12 основание дорожной одежды: Часть конструкции дорожной одежды автомобильной дороги, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость и осушение конструкции.

[пункт 3.23 ГОСТ 33100-2014]

3.13 покрытие дорожной одежды: Верхняя часть дорожной одежды, состоящая из одного или нескольких слоев, непосредственно воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся прямому воздействию атмосферных факторов.

[пункт 3.28 ГОСТ 33100-2014]

3.14 полупространство: Упругое тело бесконечно больших размеров, ограниченное плоскостью с одной стороны.

3.15 рабочий слой земляного полотна: Верхняя часть земляного полотна в пределах от низа дорожной одежды до уровня, соответствующего 2/3 глубины промерзания конструкции, но не менее 1,5 м, считая от поверхности покрытия.

3.16 расчетная осевая нагрузка: Максимальная нагрузка на наиболее нагруженную ось для двухосных автомобилей или на приведенную ось для многоосных автомобилей, доля которых в составе и интенсивности движения с учетом перспективы изменения к концу межремонтного срока составляет не менее 5%.

3.17 расчетная схема: Многослойное упругое полупространство, равномерно нагруженное по площади круга.

     4 Сокращения

В настоящем методическом документе применены следующие сокращения:

4.1 НДС: Напряженно-деформированное состояние.

4.2 : Горизонтальное упругое смещение конструкции.

4.3 : Вертикальное упругое смещение конструкции.

4.4 : Коэффициент поперечного расширения (Пуассона).

4.5 : Упругий прогиб конструкции.

4.6 : Общий модуль упругости конструкции.

4.7 : Нормальное вертикальное напряжение.

4.8 : Нормальное радиальное напряжение.

4.9 : Нормальное тангенциальное напряжение.

4.10 : Касательное напряжение.

4.11 : Максимальное главное напряжение.

4.12 : Минимальное главное напряжение.

4.13 : Активное напряжение сдвига.

     5 Общие положения

Настоящий методический документ разработан в дополнение к действующим нормативно-техническим документам, посвященным проектированию нежестких дорожных одежд, и может являться базой для уточнения и развития методики расчета нежестких дорожных одежд на прочность при воздействии нагрузок от колес транспортных средств, изложенной в ПНСТ 265-2018, нормах [1] и иных нормативно-технических документах, посвященных проектированию нежестких дорожных одежд.

Изложенные в методическом документе алгоритмы определения параметров напряженно-деформированного состояния многослойных конструкций нежестких дорожных одежд (содержащих до семи слоев) позволяют производить расчет без приведения их к упрощенным схемам.

Действующая в Российской Федерации методика проектирования нежестких дорожных одежд (ПНСТ 265-2018 и нормы [1]), как и ранее действовавшие методики [2] для определения параметров НДС многослойных конструкций, допускает приведение ее к упрощенным однослойным, двухслойным либо трехслойным системам. Одним из основных недостатков данного подхода является неизбежная погрешность расчета деформаций и напряжений, возникающих в многослойной конструкции дорожной одежды.

В данном методическом документе приведены алгоритмы расчета напряжений и деформаций для двухслойных и многослойных конструкций дорожных одежд с помощью решения для двухслойного и многослойного полупространства (по алгоритму К.К.Туроверова), являющегося развитием решения Р.М.Раппопорт [3].

В документе приняты следующие допущения.

Дорожная одежда и грунт земляного полотна при оценке напряженно-деформированного состояния рассматриваются как слоистый массив, ограниченный сверху горизонтальной плоскостью и неограниченно простирающийся вниз.

Зависимость деформации от напряжения для дорожно-строительных материалов и грунтов при расчетных нагрузках, показателях влажности, плотности и температуры является линейной.

В связи с тем что точный учет фактического распределения нагрузки от колеса автомобиля по следу, имеющему форму, близкую к эллипсу, значительно усложняет задачу, при этом основное значение имеет распределение нагрузки в нижних наиболее слабых слоях основания и в грунте земляного полотна, с достаточной для практических целей точностью определено, что при проектировании дорожной одежды принимается схема нагружения конструкции колесом автомобиля в виде одной гибкой круговой площадки диаметром , равновеликой отпечатку колеса и передающей покрытию равномерно распределенную нагрузку с давлением .