Введение к работе
Актуальность исследований. На протяжении последних десяти лет прирост интенсивности движения на российских автомобильных дорогах резко увеличился. Значительно возросла грузоподъемность транспортных средств. В составе грузового транспортного потока увеличилась доля многоосных автопоездов. В условиях воздействия интенсивного транспортного потока происходит увеличение количества приложений транспортных нагрузок в единицу времени, что является предпосылкой к ускоренному развитию усталостных процессов в асфальтобетонном покрытии. Современное состояние перегруженности большинства российских автомобильных дорог обусловливает необходимость повышения качества ' асфальтобетонных материалов и совершенствования их методов испытаний.
В соответствии с существующей нормативной базой асфальтобетоны испытывают на однократное приложение статических нагрузок, что не позволяет оценить их устойчивость к многократным циклическим нагрузкам, действующим в течение длительного времени.
Известные методики испытания асфальтобетонов на многократное нагружение разрабатывались в 60 - 80 - е годы, когда характеристики транспортного потока существенно отличались от настоящих. Таким образом, подбор составов асфальтобетонных смесей, принятие решений об эффективности мероприятий, направленных на повышение качества асфальтобетона, базируются на результатах, полученных при условиях лабораторных испытаний, не соответствующих реальным режимам нагружения асфальтобетона в процессе эксплуатации.
При сложившихся условиях разработка методов оценки усталостной долговечности асфальтобетонов на растяжение при изгибе, учитывающих особенности воздействия современного транспортного потока является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование метода оценки усталостной долговечности асфальтобетонов с учетом воздействия интенсивных транспортных нагрузок для выбора мероприятий по продлению сроков его службы в дорожном покрытии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ существующих методов оценки усталостной
долговечности асфальтобетонов на растяжение при изгибе и их адекватность
реальным режимам нагружения в процессе эксплуатации;
-разработать метод испытания асфальтобетона на усталостную долговечность от растяжения при изгибе с учетом характеристик нагружения интенсивного транспортного потока, установленных в результате экспериментальных исследований на участках автомобильных дорог;
- выполнить обоснование схемы нагружения и подбор параметров
режимов нагружения асфальтобетонного образца в лабораторных условиях,
адекватных нагружению асфальтобетона в покрытии при эксплуатации на
основе разработанной математической модели напряженно-деформированного состояния образца при нагружении в лабораторной установке;
провести в лабораторных условиях экспериментальные исследования усталостной долговечности асфальтобетонов различного типа при условиях испытания, соответствующих эксплуатационным режимам нагружения;
провести экспериментальные исследования эффективности влияния модифицирующих добавок на усталостную долговечность асфальтобетонов;
-провести апробирование и внедрение метода при проектировании дорожных асфальтобетонных покрытий повышенной усталостной долговечности.
Объект исследования — асфальтобетон в условиях воздействия циклических динамических нагрузок.
Методы исследования. Фактический материал для диссертации получен методами документального изучения, математического и физического моделирования, натурного исследования.
Научная новизна работы:
-разработан метод испытания асфальтобетона на усталостную долговечность от растягивающих напряжений при изгибе, позволяющий в лабораторных условиях экспериментально моделировать режимы нагружения, адекватные эксплуатационным условиям;
- научно обоснованы и экспериментально подтверждены параметры
лабораторных режимов нагружения асфальтобетона в зависимости от факторов,
влияющих на его работу в дорожном покрытии: скоростных режимов движения
транспортных средств и толщины асфальтобетонного покрытия;
-даны рекомендации по использованию модифицированных асфальтобетонов с учетом особенностей влияния модифицирующих добавок на процесс усталостного разрушения асфальтобетона при нагружении с различными частотами.
Достоверность результатов, содержащихся в диссертации, и рекомендаций обеспечена совокупностью лабораторно-экспериментальных исследований, выполненных на современном оборудовании и сходимостью полученных данных.
Практическое значение диссертационной работы:
-разработан и обоснован метод оценки усталостной долговечности асфальтобетона при режимах нагружения, соответствующих реальным условиям эксплуатации;
- предложены рекомендации по повышению усталостной долговечности
асфальтобетонных покрытий дорожных конструкций на стадии проектирования
и строительства с учетом эксплуатационных условий работы;
-разработан и сконструирован образец лабораторной установки для проведения испытаний на усталостную долговечность в диапазоне частот нагружения от 1 до 65 Гц (пат. на изобретение № 2299417).
На защиту выносятся:
-разработанный метод испытания асфальтобетона на усталостную долговечность от растягивающих напряжений при изгибе, позволяющий для
различных вариаций эксплуатационных условий производить выбор параметров адекватного лабораторного нагружения материала;
- параметры режимов нагружения асфальтобетона в лабораторных
условиях, установленные на основании экспериментальных исследований
характеристик деформирования дорожных асфальтобетонных покрытий в
зависимости от скоростных режимов движения транспортных средств и
толщины асфальтобетонного покрытия;
-математическая модель напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного образца при нагружении в лабораторной установке для обоснования схемы проведения усталостных испытаний;
- рекомендации по использованию модифицированных асфальтобетонов
на основании результатов экспериментальных исследований их усталостной
долговечности.
Реализация результатов работы
Результаты исследований использовались при проведении работ по темам НИОКР Росавтодора в 2005 - 2008 г.; при разработке проектов «Исследование усталостных свойств асфальтобетона при вибрационном воздействии в широком частотном диапазоне с разработкой опытного образца прибора», «Проведение комплекса экспериментальных исследований усталостной прочности асфальтобетонов для прогнозирования срока службы покрытий методом математического моделирования .с разработкой приборного комплекса». Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».
Апробация результатов исследования
Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Строительство» (г. Ростов-на-Дону, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.), на 3-й Всероссийской научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог. Охрана окружающей среды» (г. Пермь, 2005 г.), на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и материалы в дорожном хозяйстве» (г. Харьков, 2006).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 научных работ, в том числе: 2 работы в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК; 1 учебное пособие, получен 1 патент.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации составляет 201 стр., 85 рисунков, 41 таблица, библиографический список из 157 наименований.
