Введение к работе
Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований свидетельствует, что армирование асфальтобетонных покрытий и оснований геосинтетическими материалами (ГМ) позволяет повысить их сопротивление растягивающим напряжениям от силовых и температурных воздействий, уменьшить трещинообра- зование и колееобразование. Об этом свидетельствуют как научные исследования, так и практика эксплуатации некоторых участков. Однако практика показывает, что далеко не всегда удаётся достичь существенных положительных результатов при армировании асфальтобетонных слоёв ГМ. Нет единого мнения в вопросах конструирования и расчёта армированных слоёв; нет определенности в выборе эффективных геосинтетических материалов, в требованиях к их прочности и деформативности; далеко не всё ясно в вопросах технологии строительства армированных покрытий и оснований.
Актуальность диссертационной работы заключается в развитии научных положений и практических рекомендаций для повышения эффективности армирования асфальтобетонных слоёв дорожных одежд геосинтетическими материалами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Исследования выполнялись по прямым договорам с производственными подразделениями. Тема диссертационного исследования включена в программу НИОКР Федерального дорожного агентства (Росавтодор) на 2009-2013 гг.
Степень разработанности. Существующие подходы к расчёту армированных асфальтобетонных покрытий и оснований предполагают использование различных методов обобщения прочностных характеристик асфальтобетона за счёт введения повышающих «коэффициентов армирования». При этом наблюдаются существенные различия значений этих коэффициентов. Влияние свойств ГМ на прочностные характеристики армированных асфальтобетонных слоёв дорожных одежд не достаточно изучено. Исследования по моделированию процессов работы армированных монолитных слоёв дорожных одежд при усталостном разрушении от циклического силового воздействия транспортных средств выполнялись, но не учитывался широкий спектр температур, при которых работают эти слои. Нет достоверных данных о технологической повреждаемости армирующих материалов и влиянии повреждаемости на расчётные параметры армированных слоёв. До настоящего времени не предложены теоретически и экспериментально обоснованные методы расчёта армированных монолитных слоёв по критерию усталостного разрушения от циклического воздействия транспортных средств.
Основная идея работы состоит в том, что армирование асфальтобетонных слоёв дорожных одежд ГМ повысит их сопротивление усталостному разрушению при циклическом воздействии транспортных средств, при этом свойства армирующих материалов оказывают значительное влияние на получаемые результаты.
Объектом исследования являются нежёсткие дорожные одежды со слоями из асфальтобетона.
Предмет исследования - закономерности изменения прочностных и де- формативных показателей асфальтобетонных слоёв, армированных ГМ, при циклическом воздействии транспортных средств.
Цель диссертационного исследования - обосновать метод расчёта и расчётные параметры слоёв дорожных одежд из асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами, по критерию усталостного разрушения при циклическом воздействии транспортных средств.
Для реализации поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:
-
Проанализировать свойства ГМ и методы расчёта дорожных одежд с армированными асфальтобетонными слоями
-
На основании математического моделирования изучить закономерности формирования напряжённо-деформированного состояния слоёв покрытий и оснований из армированного асфальтобетона.
-
Экспериментально исследовать физико-механические свойства георешёток, армированного асфальтобетона и установить численные значения расчётных параметров армированных асфальтобетонных слоёв от воздействия кратковременных циклических нагрузок при положительных и отрицательных температурах.
-
Предложить метод расчёта армированных асфальтобетонных слоёв по критерию усталостного разрушения.
-
Проверить результаты теоретических и экспериментальных исследований путём строительства и обследования опытных участков.
-
Оценить экономическую эффективность предлагаемых решений.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
получены математические модели, позволяющие прогнозировать изменение напряжённо-деформированного состояния армированного асфальтобетонного слоёв дорожных одежд от силовых многократных циклических воздействий транспортных средств при разной температуре;
определены численные значения расчётных параметров асфальтобетонных слоёв, армированных георешётками, в зависимости от заданного количества циклов нагружений транспортными средствами при разной температуре;
экспериментально получены закономерности изменения прочности георешёток из-за технологической повреждаемости при устройстве асфальтобетонных слоёв дорожных одежд.
Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в развитии научных положений и совершенствовании метода расчёта асфальтобетонных слоёв нежёстких дорожных одежд по критерию усталостного разрушения от воздействия транспортных средств.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в определении расчётных значений (прочности на растяжение при изгибе, усталостных характеристик) асфальтобетона, армированного различными видами ГМ, ранее не нашедших отражения в нормативно-методических документах по расчёту нежёстких дорожных одежд на прочность.
Разработаны и переданы заказчикам «Рекомендации по проектированию, строительству и ремонту асфальтобетонных покрытий и оснований с использованием георешёток (геосеток)». Материалы исследования нашли отражение в ОДМ 218.5.001-2009 «Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог», разработанном по заказу Федерального дорожного агентства (Росавтодор).
Результаты исследования использованы при подготовке занятий по дисциплине «Специальные вопросы проектирования дорог» для слушателей ФПК, магистров и студентов ФГБОУ ВПО «СибАДИ», для разработки дипломных проектов.
Методология и методы исследования. Методологической основой для решения поставленных задач является системный подход, при котором свойства асфальтобетона до и после армирования, вид и физико-механические характеристики армирующих материалов представлены во взаимосвязанном виде с учетом технологических факторов и температуры. Методология работы основана на использовании законов теории упругости и положений расчёта изгибаемых железобетонных элементов по деформационной модели и методу предельного равновесия, распространённых на армированный асфальтобетон.
В процессе выполнения диссертационной работы использован комплекс методов исследования, включающий: литературный и патентный поиск, анализ и обобщение, теоретические исследования и физический эксперимент, теории планирования эксперимента и вероятности, опытное строительство и обследование, технико-экономическую оценку результатов исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теоретических положениях; соблюдением основных принципов физического и математического моделирования; достаточным объёмом экспериментальных данных, полученных с использованием приборов и оборудования, прошедших аттестацию. Результаты исследования докладывались и получили положительные отзывы на 16 научных конференциях различного уровня.
Положения, выносимые на защиту:
методика прогнозирования напряжённо-деформированного состояния армированных асфальтобетонных слоёв дорожных одежд от силовых многократных циклических воздействий транспортных средств при разной температуре;
результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств георешёток, армированного асфальтобетона и численные значения расчётных параметров слоёв из армированного асфальтобетона от воздействия кратковременных циклических нагрузок при положительных и отрицательных температурах;
метод расчёта армированных асфальтобетонных слоёв дорожных одежд по критерию усталостного разрушения;
Личный вклад автора заключается в определении цели и задач исследования; выполнении теоретических и экспериментальных исследований; участии в опытно-производственном строительстве и обследованиях опытных участков; анализе и обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Материалы исследования доложены, обсуждены и получили положительные отзывы: на 62, 63 и 66-й научно-технических конференциях в СибАДИ (г. Омск, 2008, 2009 и 2012 гг.); на I Всероссийском дорожном конгрессе (г. Москва, 2009 г.); IV, V и VI всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных (г. Омск, 2009, 2010 и 2012 гг.); технологическом конгрессе "Новые технологии строительства и содержания автомобильных дорог в условиях Сибири и Крайнего Севера" (г. Омск, 2009 г.); VII Международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин" (г. Омск, 2009 г.); III Всероссийской молодёжной научно-технической конференции "Россия молодая: передовые технологии - в промышленность" (г. Омск, 2010 г.); II Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно- неоднородных сред и конструкций" (г. Новосибирск, 2011 г.); на научно-технических семинарах на базе ОАО "Омскнефтихимпроект" (г. Омск, 2010 г.), Министерства транспорта и дорожного хозяйства Саратовской области (г. Саратов, 2010 г.), Министерства транспорта и дорожного хозяйства Республики Саха (Якутия) (г. Якутск, 2010 г.), Министерства транспорта и коммуникаций Республики Казахстан (г. Алма- Ата, 2011 г.), Государственного дорожного исследовательского института Германии - "Bast" (г. Бергиш Глаудбах, 2011 г.).
Публикации. Основные результаты исследования отражены в 14 публикациях (три статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных в списке ВАК РФ) и в шести отчётах по НИР.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и шести приложений. Результаты исследования изложены на 202 страницах основного текста, включающего 85 рисунков, 25 таблиц, библиографию из 161 наименования; объём приложения 36 страниц.
