Способ оценки прочности нежёстких дорожных одежд с учётом температуры связного слоя

Изобретение относится к технологии оценки прочности дорожных одежд статическим либо динамическим нагружением при выполнении диагностики, паспортизации и приемочных испытаний вновь построенных и ремонтируемых дорожных одежд. Способ предусматривает определение температуры связного слоя по его толщине путем выполнения сверлений на различную его глубину с последующим замером температуры, например, контактным термометром. По полученной кривой температуры с учетом зависимости модуля упругости материала слоя от температуры определяется положение нейтральной оси в сечении связного слоя при его изгибе вследствие нагружения. Как отношение суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояние до нейтральной оси к суммарному расстоянию рассматриваемых волокон до нейтральной оси находят приведенную температура связного слоя. Измерения температуры связного слоя и модулей упругости повторяют в различное время суток, и по рассчитанным значениям приведенных температур и одновременно измеренных модулей упругости находят графическую либо аналитическую зависимость модулей упругости дорожной одежды от приведенной температуры связного слоя, по которой определяют модуль упругости дорожной одежды для значения температуры, принятой за эталон. Корректирующий коэффициент находят как отношение модуля упругости, соответствующего температуре, принятой за эталон, к модулю упругости, измеренному при фактической приведенной температуре. Корректирующие коэффициенты определяют в различное время суток и строят график зависимости коэффициента от времени проведения замера. Все результаты измерений, выполненные в течение суток, умножаются на соответствующие коэффициенты, определяемые по установленной зависимости коэффициентов от времени проведения замеров. Изобретение позволит повысить точность определения модуля упругости дорожной одежды за счет более адекватного учета влияния температуры связного слоя на модули упругости конструкции, рассчитываемые по прогибам в результате статического, либо динамического нагружения. 3 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области оценки прочности нежестких дорожных одежд при выполнении приемочных испытаний, диагностики и паспортизации автомобильных дорог.

Известен способ учета влияния температуры связного слоя дорожной одежды на модули упругости, рассчитываемые по прогибам при статическом либо динамическом нагружении, в соответствии с которым при помощи термометра определяют температуру связного слоя на глубине 4-5 см. Затем производят измерения прогиба при статическом или динамическом нагружении и в соответствии с полученным значением температуры в конечном итоге в рассчитанные по прогибам модули упругости вносят экспериментально установленную поправку (1).

Недостатком способа является то, что температура на глубине 4-5 см связного слоя может значительно отличаться от температуры ниже и выше расположенных слоев, а используемые температурные поправки установлены не для испытуемой дорожной одежды, поэтому адекватно учесть влияние температуры не представляется возможным.

Известен наиболее близкий к заявленному способу, принятый в качестве прототипа, способ учета температуры связного слоя, по которому в разное время суток измеряют температуру на поверхности покрытия, а также прогиб дорожной одежды при статическом либо динамическом нагружении, затем строят график зависимости прогиба от температуры покрытия, после чего по графику определяют прогиб для эталонного значения температуры, по которому по известным зависимостям определяют в конечном итоге модуль упругости (2).

Недостатком известного способа является то, что при прогибе связного слоя деформации сжатия и растяжения испытывают по толщине связного слоя все его волокна, при этом температура на поверхности покрытия не в полной мере отражает влияние температуры на сопротивление изгибу ниже расположенных слоев. В известном способе не учитывается тот факт, что при прогибе дорожной одежды в условиях динамической или статической нагрузки не все волокна связного слоя испытывают одинаковые деформации. При прогибе в верхних волокнах связного слоя имеют место деформации сжатия, а в нижних - деформации растяжения. Нейтральные волокна, расположенные в середине сечения связного слоя, деформаций не испытывают. Таким образом, в наибольшей степени на сопротивление изгибу влияют волокна связного слоя, наиболее удаленные от нейтральной оси, то есть в крайних зонах сечения. Очевидно, что и температура этих волокон в значительной степени будет определять сопротивление прогибу связного слоя под действием нагрузки.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности определения модуля упругости, рассчитываемого по прогибу при статическом либо динамическом нагружении, за счет учета распределения температуры по толщине связного слоя в разное время суток и более адекватного учета влияния температуры на модули упругости связного слоя.

Способ оценки прочности нежестких дорожных одежд с учетом температуры связного слоя, включающий измерения температуры связного слоя дорожной одежды, измерения модуля упругости при динамическом либо статическом нагружении и определение его зависимости от темперы с последующим расчетом модуля упругости для эталонного значения температуры, согласно изобретению при измерениях в связном слое сверлят ряд отверстий, глубиной от минимальной в 1 см, до глубины, совпадающей с толщиной связного слоя, после чего, измеряют температуру связного слоя на глубине каждого из просверленных отверстий и по измеренным значениям получают кривую распределения температуры по толщине связного слоя, далее с использованием известных зависимостей модулей упругости материалов связного слоя от температуры с учетом экспериментально установленного распределения температуры строят график распределения значений модулей упругости материалов связного слоя по его толщине, после чего находят положение нейтральной оси в сечении связного слоя из условия равенства сумм произведений модулей упругости волокон материалов связного слоя до нейтральной оси в зонах их сжатия и растяжения, а по отношению суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояния до нейтральной оси к суммарному расстоянию упомянутых волокон до нейтральной оси определяют приведенную температуру связного слоя, причем измерения температуры связного слоя и модулей упругости повторяют в различное время суток с фиксацией времени проведения замера, а по рассчитанным значениям приведенной температуры и соответствующим измеренным одновременно модулям упругости находят графическую и аналитическую зависимости модуля упругости дорожной одежды от приведенной температуры связного слоя, по которой определяют модуль упругости дорожной одежды для значения температуры, принимаемой за эталонную, далее определяют корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние фактической температуры связного слоя на модуль упругости как отношение измеренного значения модуля к значению модуля упругости при эталонной температуре, после чего строят график зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток, а уточненное значение модуля упругости, учитывающее влияние температурного фактора, получают, умножением определенного при измерениях в известное время суток значения модуля упругости на соответствующий этому времени корректирующий коэффициент.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет учета влияния на сопротивление прогибу распределения температуры по толщине связного слоя, исходя из положения волокон относительно нейтральной оси. Это позволяет осуществить приведение значений модуля упругости к эталонной температуре и последующее определение и использование корректирующих коэффициентов, учитывающих время суток проведения измерений. Указанные факторы позволяют более корректно учесть влияние температуры связного слоя при измерении модулей упругости, а значит повысить точность оценки прочности дорожных одежд.

Способ поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 приведена схема определения положения нейтральной оси в сечении связного слоя; на фиг. 2 изображен график зависимости модуля упругости от приведенной температуры связного слоя; на фиг. 3 дан пример графика зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток проведения измерений.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе оценки прочности нежестких дорожных одежд с учетом температуры связного слоя, включающем измерения модуля упругости при динамическом либо статическом нагружении и определение его зависимости от темперы с последующим расчетом модуля упругости для эталонного значения температуры, при измерениях в связном слое сверлят ряд отверстий, глубиной от минимальной, например, в 1 см, до глубины, совпадающей с толщиной связного слоя. После этого, например, при помощи контактного термометра, измеряют температуру связного слоя на глубине каждого из просверленных отверстий и по измеренным значениям получают кривую распределения температуры по толщине связного слоя. Затем с использованием известных зависимостей модулей упругости материалов связного слоя от температуры [3] с учетом экспериментально установленного распределения температуры строят график распределения значений модулей упругости материалов связного слоя по его толщине. Далее находят положение нейтральной оси в сечении связного слоя из условия равенства сумм произведений модулей упругости волокон материалов связного слоя до нейтральной оси в зонах их сжатия и растяжения. После этого по отношению суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояния до нейтральной оси к суммарному расстоянию упомянутых волокон до нейтральной оси определяют приведенную температуру связного слоя Измерения температуры связного слоя и модулей упругости повторяют в различное время суток с фиксацией времени проведения замеров. По рассчитанным значениям приведенной температуры и соответствующим измеренным одновременно модулям упругости находят графическую и аналитическую зависимости модуля упругости дорожной одежды от приведенной температуры связного слоя. По этой зависимости определяют модуль упругости дорожной одежды для значения температуры, принятой за эталонную. Затем как отношение измеренного модуля к модулю при эталонной температуре определяют корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние фактической температуры связного слоя на модуль упругости. С использованием полученных в различное время суток значений строят график зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток. Уточненное значение модуля упругости, учитывающее влияние температурного фактора, получают, умножением определенного при измерениях в известное время суток значения модуля упругости на соответствующий этому времени корректирующий коэффициент.

Способ оценки прочности нежестких дорожных одежд с учетом температуры связного слоя можно пояснить следующим примером.

На автомобильной дороге, имеющей, например, связный слой, состоящий из трех конструктивных слоев, отличающихся материалом и имеющих толщины a, б и с (см. фиг. 1) сверлятся отверстия на различную глубину, начиная с минимальной в 1 см и до глубины, совпадающей с толщиной связного слоя и измеряются значения температуры связного слоя на глубине каждого из просверленных отверстий. Одновременно с измерением температуры выполняются измерения модулей упругости дорожной одежды в одной и той же точке дорожного покрытия, расположенной в непосредственной близости от мест сверлений отверстий. По измеренным значениям аналитическим способом определяются значения температуры волокон по толщине связного слоя, например, на каждом его сантиметре по глубине. По известным зависимостям характеристик материала связного слоя от температуры рассчитываются значения модулей упругости каждого сантиметра материала связного слоя по глубине. Моменты при изгибе связного слоя, создаваемые нижними растягивающими напряжениями относительно нейтральной оси A-A, равны моментам, создаваемым относительно той же оси сжимающими напряжениями в верхних волокнах. Поскольку напряжения, действующие в волокнах связного слоя, пропорциональны модулям упругости, по известным значениям модулей упругости волокон связного слоя создается возможность определения положения нейтральной оси A-A в сечении связного слоя.

Если определенные по известным зависимостям модулей упругости материалов слоев для средних значений температур равных Ea, Еб, Ec, то из уравнения моментов знячение координаты X, определяющее положение нейтральной оси A-A в сечении связного слоя находится из условия равенства сумм произведений модулей упругости волокон материалов связного слоя, имеющих толщины а, б, с, на соответствующее расстояние каждого слоя до нейтральной оси в зонах их сжатия и растяжения. То есть, выражение для расчета координаты X принимает вид:

Далее по отношению суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояния до нейтральной оси к суммарному расстоянию упомянутых волокон до нейтральной оси определяют приведенную температуру связного слоя. Измерения температуры связного слоя и модулей упругости повторяют в различное время суток с фиксацией времени проведения замера. По рассчитанным значениям приведенной температуры и соответствующим измеренным одновременно модулям упругости находят графическую и аналитическую зависимости модуля упругости дорожной одежды от приведенной температуры связного слоя. По графической либо аналитической зависимостям модулей от приведенной температуры определяют модуль упругости дорожной одежды для значения температуры, принимаемой за эталонную. После этого определяют корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние приведенной температуры связного слоя на модуль упругости как отношение измеренного значения модуля к значению модуля упругости при эталонной температуре. Затем с использованием зафиксированного при выполнении измерений времени суток строят график зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток. Уточненное значение модуля упругости, учитывающее влияние температурного фактора, получают, умножением определенного при измерениях в известное время суток значения модуля упругости на соответствующий этому времени корректирующий коэффициент, значение которого определяется по графику зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток проведения измерений.

Способ оценки прочности нежестких дорожных одежд с учетом температуры связного слоя поясняется следующим примером.

Связный слой дорожной одежды, выполненный из асфальтобетона, имел толщину 24 см. Четыре раза в течение суток были выполнены замеры температуры слоя в семи точках на различной глубине и одновременно с этим методом динамического нагружения определены модули упругости дорожной одежды. Результаты измерений, выполненные в 16 час 30 мин, представлены в табл. 1. По температурам в семи точках сечения методом интерполяции рассчитаны температуры каждого см по глубине в сечении связного слоя. Приведенная температура рассчитана как отношение суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояние до нейтральной оси к суммарному расстоянию рассматриваемых волокон до оси.

Аналогичные расчеты приведенной температуры были сделаны по результатам измерений температур в этих же отверстиях, проведенных в 6 час. 30 мин, 13 час. 20 мин, и в 19 час. 15 мин. В табл. 2 даны значения рассчитанных описанным выше способом приведенных температур и одновременно зафиксированные модули упругости дорожной одежды.

Полученная зависимость модулей упругости от приведенных значений температур иллюстрируется графиком, представленном на фиг. 2. Приведенная на графике аналитическая зависимость позволяет определить модуль упругости для эталонной температуры связного слоя. Например, для эталонной температуры 20°С модуль упругости оказался равным 694 МПа.

Корректировочный коэффициент, на который нужно умножать фактические модули упругости для их приведения к эталонной температуре связного слоя определяется как отношение модуля, рассчитанного для эталонной температуры к фактически определенному модулю при известной приведенной температуре. Полученные при измерениях в одной точке в различное время суток модули упругости и рассчитанные по приведенным температурам корректирующие коэффициенты позволяют определить изменения корректирующего коэффициента во времени. В таблице 3 представлены результаты расчета корректирующих коэффициентов, а на фиг. 3 отображены изменения корректирующего коэффициента во времени.

Полученная зависимость позволяет определить корректирующий коэффициент по фактическому времени проведения замера. Таким образом, создается возможность проводить измерения модулей упругости в течение всего рабочего дня, откорректировав затем получаемые модули путем их умножения на корректирующий коэффициент, определяемый по графику фиг. 3 с учетом времени проведения замера. В заявленном способе учитывается и фактическое распределение температур по толщине связного слоя, и влияние температуры на упругие свойства материалов связного слоя, что позволяет решить задачу повышения точности определения модуля упругости дорожной одежды, соответствующего эталонному значению температуры.

Таким образом, изобретение дает возможность повысить точность определения модуля упругости, рассчитываемого по прогибу при статическом либо динамическом нагружении, за счет более адекватного учета влияния температуры с учетом ее распределения по толщине связного слоя и в зависимости от времени суток проведения измерений.

Источники информации:

1. РКП-140-2015 Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь. Приложение Б, пункт Б-2.

2. Методические рекомендации по оценке прочности нежестких дорожных одежд, ОДМ 218.2.024-2012, Москва 2013 г. (прототип).

3. Проектирование нежестких дорожных одежд, ОДН 218. 046-01 Таблица П.3.2., Москва 2001 г.

Способ оценки прочности нежестких дорожных одежд с учетом температуры связного слоя, включающий измерения температуры связного слоя дорожной одежды, измерения модуля упругости при динамическом либо статическом нагружении и определение его зависимости от температуры с последующим расчетом модуля упругости для эталонного значения температуры, отличающийся тем, что при измерениях в связном слое сверлят ряд отверстий, глубиной от минимальной в 1 см до глубины, совпадающей с толщиной связного слоя, после чего измеряют температуру связного слоя на глубине каждого из просверленных отверстий и по измеренным значениям получают кривую распределения температуры по толщине связного слоя, далее с использованием известных зависимостей модулей упругости материалов связного слоя от температуры с учетом экспериментально установленного распределения температуры строят график распределения значений модулей упругости материалов связного слоя по его толщине, после чего находят положение нейтральной оси в сечении связного слоя из условия равенства сумм произведений модулей упругости волокон материалов связного слоя до нейтральной оси в зонах их сжатия и растяжения, а по отношению суммы произведений температуры волокон связного слоя на их расстояния до нейтральной оси к суммарному расстоянию упомянутых волокон до нейтральной оси определяют приведенную температуру связного слоя, причем измерения температуры связного слоя и модулей упругости повторяют в различное время суток с фиксацией времени проведения замера, а по рассчитанным значениям приведенной температуры и соответствующим измеренным одновременно модулям упругости находят графическую и аналитическую зависимости модуля упругости дорожной одежды от приведенной температуры связного слоя, по которой определяют модуль упругости дорожной одежды для значения температуры, принимаемой за эталонную, далее определяют корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние фактической температуры связного слоя на модуль упругости как отношение измеренного значения модуля к значению модуля упругости при эталонной температуре, после чего строят график зависимости корректирующих коэффициентов от времени суток, а уточненное значение модуля упругости, учитывающее влияние температурного фактора, получают умножением определенного при измерениях в известное время суток значения модуля упругости на соответствующий этому времени корректирующий коэффициент.