Проектирование автомобильных дорог

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»


Автотранспортный факультет

Кафедра «Организация и безопасность движения»


Проектирование автомобильных дорог


Барнаул – 2009

Задание


Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:

– дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Новосибирской области;

– категория основной автомобильной дороги – I;

– категория примыкающей автомобильной дороги – III;

– заданный срок службы дорожной одежды Тсл = 15 лет;

– заданная надежность Кн = 0,98;

– приведенная к нагрузке типа А1, интенсивность движения на конец срока службы:

– основной автомобильной дороги 10000 авт/сут;

– примыкающей автомобильной дороги 2000 авт/сут;

– тип дорожной одежды капитальный;

– приращение интенсивности q = 1,05;

– грунт рабочего слоя земляного полотна – супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7 WТ, относится к сильнопучинистым грунтам;

– материал для основания – щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом марки 20;

– высота насыпи составляет 1,3 м, толщина дорожной одежды – 0,69

– схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III;

– глубина залегания грунтовых вод – 1,4 м.

– угол примыкания второстепенной дороги – 1140


Расчет на прочность


Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле:


, (1)


где Кс = 29,8 – коэффициент суммирования;

Трдг = 145 дней – расчетное число расчетных дней в году (Приложение 6);

Кn = 1,49 – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (таблица. 3.3) [3]



– приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт/сут;

- расчетный срок службы (Приложение 6, таблица П. 6.4); [3];

q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

Для основной дороги:

авт.

Для примыкающей:

авт.


Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров. За основу принимаем типовой проект для II дорожно-климатической зоны, приведенный с учетом местных условий.

Для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 таблица П. 2.5, Приложение 3 таблица П. 3.2 и Приложение 3 таблица П. 3.9); [3]


Таблица 3.1 – Расчетные параметры

№ Материал слоя h слоя, см Расчет упругому прогибу, Е, МПа

Расчет по усл сдвигоустойчив.,

Е, Па.

 Расчет на напряжение при изгибе





Е, МПа R0, МПА α m
1 Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90 8 3200 1800 4500 9,80 5,2 5,5
2 Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90 11 2000 1200 2800 8,00 5,9 4,3
3 Асфальтобетон высокопористый на БНД 60/90 20 2000 1200 2100 5,65 6,3 4,0
4 Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом 30 450 450 450 - - -
5 Песок пылеватый W0 = 0,70Wm - 72 72 72 - - -

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рисунок 3.1; [3]


1) (2)


по Приложению 1 таблица П. 1.1 р = 0,6 МПа, D = 37 см


(3)


(4)


МПа


2) ; ; МПа


4) ; ;


=0,36*2000=720 МПа


5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле:


Етр = 98,65 [lg(SNp) – 3,55] (5)


Для основной дороги:

Етр = 98,65 [lg 26050884 – 3,55] = 381 МПа.

Для примыкающей:

Етр = 98,65 [lg 5210177 – 3,55] = 312 МПа.

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

– для основной дороги:

– для примыкающей:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу – 1,30 (таблица 3.1). [3]



Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу, как для примыкающей так и для основной автомобильных дорог.

Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустройчивости в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:


(6)


Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при W = 0,7 = 26050884 авт.) = 72 МПа (табл. П. 2.5), = и с = 0,004 МПа (табл. П. 2.4.)

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 [3] при расчетной температуре плюс 20


МПа (7)


По отношениям и и при = с помощью номограммы (рис. 3.3.) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,018 МПа.

Таким образом: Т = 0,018 *0,6 = 0,0108 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяем по формуле:


, (8)


где = 0,004 МПа, = 1,0.

– сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл. П. 2.6 или табл. П. 2.8);

k – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.

- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

– средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см;

= 8 + 11 + 20 + 30 = 69 см.

= (Приложение 2 табл. 2.4.), = 0,002 кг/см

, (9)

где 0,1 – коэффициент для перевода в МПа.

= 1,29, что больше =1,00 (табл. 3,1).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.

Действующие в песчаном слое основания активное напряжение сдвига вычисляем по формуле:


(10)


Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваивают следующие характеристики: МПа (п. 2.4); =и с =0,004 МПа таблица (П. 2.4) [3];

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущие, назначаем по таб. П 3,2 при расчетной температуре +20 С (таблица. 3,5). [3];

МПа (11)

По отношениям и и при с помощью номограммы (рис. 3.2) находим удельное активное напряжение сдвига:МПа

Таким образом: Т=0,022*0,6=0,0132 МПа

Предельное активное напряжение сдвига в песчаном слое определяем по формуле, где МПа,

(таб. П. 2.6)

По таблице (3.1) [3] , следовательно условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.

Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели. Где нижний слой модели – часть конструкции расположенная ниже пакета асфальта бетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1 как общий модуль для двухслойной системы.

МПа

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле:


МПа. (12)


б) По отношениям и по номограмме (рисунок. 3.4) [3]

Расчетное растягивающие напряжение вычисляем по формуле:


МПа (13)


в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение при

МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П. 3.1)

= 0,10 (таблица П. 4.1) [3];

t = 1,71 (таблица П. 4.2) [3];



m = 4; = 6,3 (табл. П. 3.1);

– для основной дороги:

= 0,85 (табл. 3.6)

МПа;

– для примыкающей:

= 0,85 (табл. 3.6)

МПа;

(по табл. 3.1)

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.


Графическая часть


Выполняется на двух ватманах формата А1 и А2.

Построение поперечного профиля дороги и Т – образный перекресток строим в соответствии со СНиП 2.05.02–85. Толщину дорожной одежды, для построения поперечного профиля, берем из расчета приведенного выше.


Расчет «Коробовых кривых»

Рисунок 2 – Разбивка сопряжения проезжей части на пересечениях и примыканиях


Сопряжение кромок проезжих частей пересекающихся дорог осуществляется с учетом категории дороги, с которой происходит съезд. Съезд выполняют по коробовой кривой, состоящей из трех круговых кривых (рис. 1): входной с радиусом поворота и центральным углом =15°, средней АДВ с радиусом (наименьший радиус сопряжения для дороги, с которой происходит съезд) и центральным углом , где – угол поворота сопряжения, и выходной кривой с радиусом поворота (где – наименьший радиус сопряжения двух примыкающих дорог) и центральным углом =20°. Значения радиусов в зависимости от категорий примыкающих дорог приведены в табл. 1.

Таблица 1

Категория дороги, с которой происходит съезд Категория дороги, на которую происходит въезд Радиусы сопряжения, м

Величина тангенсов, м, при углах примыкания



110°





I III 50 25 45 43,77 43,89

Круговые кривые при радиусе менее 100 м разбивают через 5 м.

1. Находим начало и конец коробовой кривой (точки и ) по формулам:


; (13)


. (14)


Твх = 0,2679*50 + (0,0353*50 + 25) ((sin39,50 * sin700 – 0,9659 sin (70–39,5))/ 0,5*0,94 + (25 + 0,062*45)*0,9394/0,91 = 42,12 м.

Твых = (0,0353*50 + 25)*0,9659/0,91 + (25 + 0,0642*45)*(0,64*0,91 – 0,9397*0,51)/0,51*0,91 + 0,364*45 = 53,6 м.

Для расчета и построения пользоваться табличными значениями.

Твх = 43,77 м; Твых =43,89 м.

2. Определяем координаты входной и выходной кривой сопряжения съездов от точек и по табл. 2 (ординаты от тангенсов).


Таблица 2.

Входная кривая (=15°), м

Выходная кривая (=20°), м

=50 м

=45 м

5,00 0,26 5,00 0,29
10,00 1,01 10,00 1,13
12,94 1,71 15,45 2,45

х1 = 10, у1 = 1,01; х3 = 10, у3 = 1,13.


Разбивку средней кривой АДВ осуществляем с помощью таблиц для разбивки кривой ординатами от хорды. Для этого в створе А-В (см. рис. 1) откладываем половину хорды, которую определяем по формуле АС=СВ= или табл. 3. Закрепляем точку С. От середины хорды С производим разбивку кривой в направлении к А и В. Ординату середины кривой АВ, определяемую по формуле или по табл. 3.

АС = 7,52 м, СД = 1,16 м.


По данным значениям строим радиусы поворотов.

Ширину полосы движения главной дороги I категорий принимаем равной 3,75 м в обе стороны от пересечения на длине не менее 900 м.

Ширину проезжей части второстепенных дорог в пределах пересечения для всех категорий при двухполосном движении назначают не менее 7 м на длине не менее 50 м.

Ширину полосы движения на съездах канализированных пересечений, считая от места примыкания к проезжей части основной дороги, принимают по табл. 1. равной 4 м.

Съезды пересечений в одном уровне проектируют с переходными кривыми, рассчитанными на переменную скорость движения. Длина их должна быть не менее значений, приведенных в табл. 2.

Из условия удобства разбивки съездов очертание кромок проезжей части проектируют коробовыми кривыми, параметры которых указаны на рис. 1 и в табл. 3.

Ширина полос движения должна обеспечивать беспрепятственный поворот автомобилей с прицепом. Для этого на прямых участках ширина проезжей части съезда без возвышающихся бортов должна быть не уже 3,5 м, у начала островков ширина съезда должна быть не уже 4,5–5,0 м, у выезда на главную дорогу 6,0 м;

Очертания островков должны обеспечивать пересечение потоков под оптимальными для следующего маневра углами. Слияние и разделение потоков должно происходить под острыми углами, что ускоряет процесс включения автомобиля в поток или выхода его из потока. Пересечения потоков целесообразны под углами, близкими к 90°.

Неиспользуемая поверхность пересечения закрывается островками; форма островков определяется пересечением право- и левоповоротных съездов;

Углы островков, направленные навстречу движению, округляются кривыми радиусом 1 м. В вершину центрального островка, расположенного на второстепенной дороге, вписывается кривая радиусом 1,5–2 м.

Для безопасности выполнения левых поворотов с главной дороги на проезжей части при высокой интенсивности движения устраивают дополнительные полосы, отделяемые от полосы транзитного движения направляющими островками или разметкой.

При пересечении и примыкании на дорогах I категории рекомендуется устраивать с применением двухуровневых развязок, с использованием переходно-скоростных полос. Правый поворот рассчитывают с помощью «Коробовых кривых».

Левоповоротные кривые рассчитываются индивидуально, но радиусы кривых не должны быть менее 30 м.

Переходно-скоростные полосы используются автомобилями, съезжающими на дорогу или выезжающими на нее. Полосы торможения дают возможность без помех для основного потока снизить скорость движения перед выездом с дороги, полосы разгона – повысить скорость и, не останавливаясь в процессе движения по участку маневрирования выбрать в основном потоке приемлемый интервал для въезда на дорогу.

Ширину переходно-скоростных полос назначают равной ширине основных полос проезжей части, но не менее 3,5 м.

Согласно СНиП 2.05.02–85 длину переходно-скоростных полос определяют как сумму длин отдельных составляющих их участков:

– длинна полосы разгона 180 м;

– длинна полосы торможения 80 м;

– Длина отгона полосы разгона и торможения, 80 м.


Проектирование пересечений с каплевидными и треугольными островками на второстепенных дорогах


Рисунок 1 – Порядок проектирования пересечений с каплевидным и треугольным островком-указателем на второстепенной дороге


Рекомендуемые параметры каплевидных островков: длина около 25 м, ширина 5–2 м, смещение островка от кромки крайней полосы главной дороги 2–4 м. Рекомендуемые параметры треугольных островков-указателей: смещение островка от кромки крайней полосы главной дороги 1 м, ширина полосы движения между каплевидным и треугольным островками 5 м, стороны островка должны быть, как правило, не менее 5 м и не более 20 м, углы островка выполняются с закруглениями радиусом 0,5 м, ширина полосы движения, примыкающая к треугольному островку справа, с главной дороги на второстепенную принимается равной 4,5 м.

Порядок проектирования следующий:

1. Наносим ось второстепенной дороги (линия 1).

2. Находим на оси точку, расположенную на расстоянии 10 м от кромки главной дороги (точка 2).

3. Проводим через эту точку ось каплевидного островка под углом 5° к оси дороги с наклоном вправо (линия 3).

4. Проводим две вспомогательные линии на расстоянии 1,5 м справа и слева от оси каплевидного островка (линия 4).

5. Проводим две круговые кривые радиусом не менее 12 м так, чтобы каждая из них касалась вспомогательной линии по этапу 4 порядка проектирования и ближайших кромок полос, с которой или на