Введение к работе
Актуальность работы. Одной из распространенных причин преждевременного разрушения автомобильных и железных дорог является недостаточное уплотнение грунтов земляного полотна. В практике строительства наибольшее применение для уплотнения фунтов получили вибрационные катки. Качество уплотнения конкретного грунта в слое заданной толщины зависит от правильного выбора модели катка, скорости движения, числа проходов, частоты и вынуждающей силы вибратора и других параметров.
Несмотря на постоянное совершенствование конструкций вибрационных катков, недостаточная изученность процесса уплотнения фунта не позволяет обосновать рациональные характеристики вибрационных катков для выполнения работ в конкретных условиях.
Также нерешенной является задача обоснования режимов работы вибрационных катков при уплотнении различных видов фунта и широком диапазоне изменения толщины слоя и требуемой плотности.
Таким образом, актуальной является задача определения рациональных параметров вибрационных катков как на этапе проектирования, так и на этапе выбора модели катка для производства работ в конкретных условиях.
Цель и задачи работы. Определение рациональных параметров вибрационных катков.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
провести статистический анализ основных технических характеристик фунтовых вибрационных катков;
получить зависимости для расчета глубины распространения напряжений от динамически изменяющейся поверхностной нафузки для случая линейного изменения плотности фунта по глубине;
разработать математическую модель уплотнения фунта вибрационным катком для случая линейного изменения плотности фунта по глубине и на ее основе сформировать профамму «Katki»;
провести экспериментальные исследования процесса уплотнения фунта вибрационными катками;
провести проверку полученных результатов по профамме «Katki», путем сопоставления с результатами проведенных экспериментальных исследований, а также сравнением с результатами экспериментальных исследований отечественных и зарубежных авторов и производителей катков;
обосновать характеристики катков на стадии проектирования и решить задачу выбора модели катка для производства работ в конкретных условиях и назначения режимов работы при смене вида фунта, толщины слоя и требуемого коэффициента уплотнения.
Объект исследования. Процесс взаимодействия вибрационного катка с фунтом.
Предмет исследования. Закономерности изменения напряженно-деформируемого состояния грунта. Научная новизна.
Получены зависимости для расчета глубины распространения напряжений от динамически изменяющейся поверхностной нагрузки с учетом линейного изменения плотности грунта по глубине, который является переходным этапом от случая постоянной плотности по глубине к нелинейному закону, наблюдаемому в действительности;
разработана математическая модель уплотнения грунта вибрационным катком, позволяющая рассчитывать напряжения и деформации грунта как на поверхности, так и на различных глубинах при линейном законе изменения плотности грунта по глубине;
разработаны блок-схемы и программа расчета результатов уплотнения грунта вибрационным катком, реализованная в виде программы «Katki», содержащей кроме расчетного модуля настраиваемую базу данных по вибрационным каткам и встроенную справочную систему;
проведенная обработка результатов вычислительного эксперимента по программе «Katki» позволила получить решение задач обоснования рациональных параметров вибрационных катков на стадии проектирования и выбора модели катка для производства работ в конкретных условиях и назначения режимов работы при смене вида грунта, толщины слоя и требуемого коэффициента уплотнения.
Практическая ценность.
Разработанная программа «Katki» является удобным в применении инсг-рументом для решения задач обоснования характеристик вибрационных катков на стадии проектирования, оценки сравнительной эффективное различных моделей катков для работы в конкретных условиях и назначения режимов работы для выбранной модели катка в различных условиях производства работ.
Реализация работы. Разработанная программа «Katki» для определения рациональных параметров и режимов работы вибрационных катков внедрена в учебном процессе ЯГТУ по курсу «Основы автоматизированного проектирования транспортных сооружений», «Технология и организация строительства автомобильных дорог», «Реконструкция автомобильных дорог» для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы». Профамма «Katki» внедрена и используется в производственной и проектной деятельности на предприятии Большесельское ГУЛ «Автодор».
Положения, выносимые на защиту:
-
Зависимости для расчета глубины распространения напряжений от динамически изменяющейся поверхностной нафузки для случая линейного изменения плотности фунта по глубине;
-
Математическая модель уплотнения фунта вибрационным катком, позволяющая на каждом проходе рассчитывать напряжения и дефор-
мации грунта как на поверхности, так и на различных глубинах при линейном законе изменения плотности грунта по глубине;
3. Решение задач обоснования характеристик вибрационных катков на стадии проектирования и выбора модели катка для производства работ в конкретных условиях и назначения режимов работы при смене вида грунта, толщины слоя и требуемого коэффициента уплотнения.
Методы исследований, обоснованность и достоверность научных положений. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается сопоставлением с результатами проведенных экспериментальных исследований, а также сравнением с результатами экспериментальных исследований отечественных и зарубежных авторов и производителей катков по значениям развивающихся на различных глубинах напряжений и накоплению деформаций (коэффициента уплотнения) при уплотнении различных видов грунтов вибрационными катками.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненных исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» (Казань, 2008), на шестьдесят первой, шестьдесят третьей, шестьдесят четвертой научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (Ярославль, 2008, 2010, 2011), на XIV Московской Международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва,2010), Всероссийской научно-методической конференции «Математическое образование и наука в технических и экономических вузах» (Ярославль, 2010), а также на семинарах кафедры «Строительные и дорожные машины» Ярославского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты работы освещены в 14 научных публикациях, из них 3 в центральных научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 6 в сборниках трудов международных конференций и семинаров; опубликована монография, получено одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Содержит 182 страницы машинописного текста, 79 страниц иллюстраций и таблиц, список литературы из 150 названий на 16 стр.
