3.5. Проверочный расчет продольной устойчивости покрытия

Под продольной устойчивостью цементобетонного покрытия понимают способность сохранять эксплуатационную ровность покрытия при высоких температурных напряжениях сжатия, возникающих при нагреве летом. Превышение допустимых температурных напряжений сжатия _t^доп приводит к подъему (короблению) плит. Величина критических температурных напряжений зависит от толщины плит, вида основания и температуры воздуха во время бетонирования.

Для обеспечения продольной устойчивости устраивают швы расширения.

Необходимость устройства швов расширения определяется исходя из допустимых напряжений сжатия _t^доп, которые для оценочных расчетов можно принимать равными

(3.26)

где h – толщина плиты, м; A_t =19 МПа/м.

Швы расширения устраивают, если допустимые напряжения сжатия будут меньше фактических, то есть выполняется условие

_t^доп <_t^ф. (3.27)

Фактические напряжения рассчитываются по формуле

(3.28)

где α – коэффициент линейной деформации бетона, 1/˚С, α =0,00001 1/˚С; Е_б – модуль упругости бетона, МПа; T_max, T_исх – максимальная и исходная температура бетона в середине по толщине плиты, ˚С, определяемая по табл. 3.2.

Таблица 3.2

Значения максимальной и исходной температуры бетона

в середине по толщине плиты

Географическая широта местности, град. сев. широты	Исходная температура бетона Tисх,˚С, при укладке		Максимальная расчетная температура бетона на глубине 10 см, Tmax,˚С
	в апреле	в мае
56 (г. Москва)	18,0	32,5	48,0
53 (г. Самара)	19,5	39,0	48,5
52 (г. Воронеж)	21,0	40,5	49,7
49 (г. Волгоград)	25,5	45,0	53,0

Расстояние между швами расширения L_расш определяют по формуле

(3.29)

где δ^/_пр – деформация сжатия прокладки шва расширения, м; σ^/_пр – обжатие шва расширения (для деревянных прокладок мягких пород σ^/_пр =2 МПа); h_пр – высота прокладки, м; σ^ф_t – фактическое напряжение, МПа.

Деформация сжатия прокладки шва расширения вычисляется по формуле

(3.30)

где B_пр – ширина прокладки, м; Е_пр – модуль упругости прокладки (для деревянных прокладок Е_пр = 8 МПа).

Высота прокладки рассчитывается как

(3.31)

Диаметр штырей в швах d_шт вычисляют по формуле

(3.32)

где P_шт – часть расчетной нагрузки, воспринимаемой штыревым соединением; A_d – коэффициент длины зоны обжатия бетона в месте входа в него штыря (для швов сжатия A_d = 3; для швов расширения A_d = 1,5); R_и – средняя прочность бетона на сжатие, МПа; n – количество штырей на полосе наката; K_d – коэффициент запаса, равный 0,75.

Часть расчетной нагрузки, воспринимаемой штыревым соединением, рассчитывается по формуле

(3.33)

где w_шт – податливость штырей при нагружении, мм (для швов сжатия w_шт =1,5 мм; для швов расширения w_шт =2,0 мм); w_пп – расчетный прогиб плиты от действия нагрузки, мм ( для песчаного и щебеночного основания w_пп = 5,0 мм; для цементогрунтового w_пп = 3,0 мм).

Длина штырей составляет 20d_шт плюс допуск, равный 5,0 см, плюс прибавка на установку температурного колпачка (5,0 см) и на ширину шва (3,0 см для швов расширения).

Диаметр штырей в продольных швах определяется из требуемой площади поперечного сечения арматуры:

(3.34)

где f – коэффициент трения-сцепления плиты с основанием (f = 1,5); i – поперечный уклон (i=0,05); R_s - расчетное сопротивление арматуры по [10].

Длина гладких штырей в продольных швах равна 40d_шт+5,0 см, из стержней периодического профиля – 35d_шт+5,0 см, при диаметре шпилек для крепления штырей 8-10 мм и при надежной приварке их к штырям – 22d_шт+5,0 см.

Вопросы для самопроверки

1. Какие расчетные схемы действия подвижной нагрузки применяются при проектировании жестких дорожных одежд с монолитным покрытием?

2. В каких случаях используется каждая из расчетных схем?

3. От каких факторов зависят температурные напряжения в жестких дорожных одеждах?

4. Что такое общий модуль упругости основания и какая расчетная схема используется при его определении?

5. В каких слоях дорожной одежды производится проверка на сдвигоустойчивость?

6. Как может быть записано условие прочности монолитного цементобетонного покрытия?

7. Какие расчетные схемы используются при расчете напряжений растяжения при изгибе монолитных покрытий?

8. Как производится расчет расстояния между швами сжатия?

9. Что такое продольная устойчивость плиты и как она обеспечивается?