Определение толщины конструктивных слоев нежестких покрытий аэродромов

Сопротивление нежестких покрытий внешним нагрузкам обуславливается сопротивлением подстилающего грунта сжатию и боковому выжиманию. Роль самого нежесткого покрытия сводится к распределению давления от колес самолетов на большую площадь грунтового основания.

При расчете нежестких покрытий на аэродромах используют видоизмененный метод расчета толщины дорожных одежд.

Кривая зависимости прогиба нежесткого покрытия от действующей нагрузки показана на рисунке.

Характер деформации покрытия зависит от того участка кривой, в пределах которого происходит работа покрытия, и от соотношения между действующей нагрузкой, вызывающей разрушение покрытия.

При малых нагрузках прогибы покрытия прямо пропорциональны нагрузкам и являются упругими. После снятия нагрузки деформации полностью исчезают или остаются незначительные остаточные деформации, чаще всего связанные с дополнительным уплотнением покрытия при движении.

При возрастании нагрузки возникают остаточные деформации, величина которых прямо пропорциональна нагрузкам. Этот период работы покрытия называют стадией прочного сопротивления нагрузкам. На работу в этой стадии рассчитывают в настоящее время одежды автомобильных дорог, допуская накопление деформаций в период весенних и осенних переувлажнений грунтового основания.

С дальнейшим ростом нагрузки в грунтовом основании и покрытии образуются деформации сдвига, еще не заметные при внешнем осмотре, но нарушающие пропорциональность нагрузки и деформации. В конце этой стадии условно-прочного сопротивления в покрытии появляются трещины, хотя оно и сохраняет еще значительную долю сопротивляемости нагрузкам. Трещины обычно образуются на расстоянии 0,25D или 0,8 – 1,2 D от края штампа, передающего давление (D – диаметр штампа). После развития деформации возникает кольцевая трещина в зоне выпучивания покрытия.

По предложению к.т.н. В.И. Величковского аэродромные покрытия, интенсивность движения по которым мала по сравнению с интенсивностью движения по автомобильным дорогам, рассчитывют на условия работы в стадии условно-прочного сопротивления.

Стадия разрушения покрытия наступает после пролома с выкалыванием его части по ранее наметившимся трещинами. Многочисленные испытания пробными нагрузками покрытий на аэродромах и нежестких дорожных одежд с применением штампов больших диаметров показали, что величины относительных критических прогибов подчиняются эмпирической зависимости.

 

 

 

 

Где Δ - общая осадка покрытия;

E_покр - модуль деформации покрытия;

E_гр - модуль деформации грунта;

h- толщина покрытия;

D- диаметр штампа, передающего нагрузку;

а- коэффициент, зависящий от типа покрытия и предъявляемых к нему

требований.

Для конца стадии прочного сопротивления, по Н.Н. Иванову:

Асфальтобетонные покрытия ……………………………………………а = 0,03

Щебеночные покрытия из материала, обработанного органическим

вяжущим …………………………………………………………………..а = 0,035

Щебеночные покрытия из материала, обработанного органическим

Вяжущим, на основании из грунтов, обработанных вяжущим ……….а = 0,04

В стадии условно-прочного сопротивления, в зависимости от модуля деформации материалов покрытий, по В.И. Величковскому, величина коэффициента а может меняться от 0,055 до 0,07.

На основе анализа процесса деформации может быть представлена следующая картина деформации покрытия:

 

 

 

– грунт основания под нагрузкой сжимается, в результате чего происходит прогиб покрытия и образуется вогнутая поверхность; чем большей толщиной и жесткостью обладает покрытие, тем на большую площадь распределяется давление от внешней нагрузки и. следовательно, меньше напряжения, сжимающие грунт;

– в искусственном покрытии под колесом происходит сжатие материала покрытия. А в нижней его части – растяжение; когда напряжения превысят сопротивление материала растяжению, в покрытии образуются трещины, а по периметру контакта колеса с покрытием развиваются срезывающие напряжения.

Покрытия разрушается, достигнув критического прогиба. В зависимости от толщины покрытия и соотношения модулей деформации покрытия и подстилающего грунта причиной разрушения может быть пролом из-за среза по контуру контакта колеса с покрытием и выкалывания его части, находящейся под колесом, или же разрушение от образования трещин в растянутой зоне под штампом.

Значения α зависят от размеров площади, передающей давление, которая характеризуется диаметром эквивалентного круга:

 

 

D, см	25 и менее	25 – 30	31 – 35	36 – 45	Более 45
α	1,8	1,6	1,5	1,4	1.3

 

Нормативные значения коэффициента К₃ приведены в таблице. Меньшие значения коэффициента К₃ для покрытий временного типа следует принимать при проектировании легко восстанавливаемых покрытий, при коротких сроках работы покрытия и малой интенсивности полетов.

 

 

Участки покрытий	К3
Стартовые участки взлетно-посадочных полос, рулежные дорожки, места стоянок	1,5
Средняя часть взлетно-посадочных полос	1,3
Покрытие временного типа	1,1 – 1,3

 

 

Зная величину предельного прогиба, характеристики покрытия и грунта, можно определить толщину однослойного покрытия, уложенного на однородный грунт (так называемая двухслойная система) для заданной нагрузки.

Уравнение для определения толщины искусственных покрытий на аэродромах:

 

 

Где выражение под знаком тангенса дано в радианах;

 

а – коэффициент, зависящий от качества употребляемых материалов, который изменяется в сравнительно узких пределах в зависимости от модуля деформации материалов покрытия.

 

Е, кг/см2							1400-1500	1800-2000
а	0,07	0,066	0,063	0,061	0,06	0,057	0,056	0,054

 

 

К3 – коэффициент запаса прочности покрытия;

С – коэффициент, учитывающий влияние соседних спаренных колес, смежных с основным колесом.