ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН В МОНОЛИТНОМ СЛОЕ ПРИ ИЗГИБЕ С УЧЕТОМ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

7

Лекция 5

ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН В МОНОЛИТНОМ СЛОЕ ПРИ ИЗГИБЕ

С УЧЕТОМ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Программа RISK_01 – это специализированное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс расчета дорожных одежд с использованием геосеток и плоских георешеток и без них.

Данный программный продукт выполнен в рамках диссертационной работы и является полнофункциональным макетом части автоматизированной системы по расчету дорожных одежд нежесткого типа.

Программа позволяет выполнять расчеты дорожных одежд нежесткого типа автомобильных дорог общего пользования согласно требованиям нормативных документов ОДН 218.046-01 [1], ОДМ 218.5.001-2009 [2], на основе теоретико-вероятностного подхода теории риска проф. Столярова В.В. В результате представляется возможность выбора оптимальных вариантов решений на основе сравнительного анализа эффективности применения в конструкциях дорожных одежд геосеток и плоских георешеток (рис.1).

Рис. 1 Окно «Выбор задачи расчета»

Расчет соответствует требованиям нормативных документов и может быть использован на проектировании дорожных одежд при строительстве новых автомобильных дорог, на новых участках реконструированных дорог, при усилении существующих дорожных одежд.

Программное обеспечение позволяет полностью автоматизировать расчет (в частности, отойти от использования номограмм) дорожной одежды нежесткого типа для капитального, облегченного и переходного типа автомобильных дорог; сохранять результаты расчетов в файл, а так же представить результаты сравнения двух дорожных одежд в наглядном графическом виде. В программе осуществлена привязка соответствующих коэффициентов к выбранному типу дорожного покрытия и его марке в соответствии с [1], что значительно упрощает ввод исходных данных.

Расчет на прочность выполняется в соответствие с требуемым уровнем надежности, под которым понимается вероятность безотказной работы в течение межремонтного срока службы дорожной одежды.

Уникальность программы RISK_01 заключается в расчете риска возникновения трещин в монолитном слое при изгибе, что в полной мере обеспечивает выполнение Федеральных законов N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации», требующих эксплуатационные характеристики оценивать на основе оценки степени риска и оценки степени причинения ущерба.

Понятие «риск возникновения трещин в монолитном слое при изгибе» является качественной инженерной характеристикой дорожной одежды нежесткого типа и имеет следующее математическое толкование:

, (1)

где rt – вероятность нежелательного события, представляющая собой риск возникновения трещин в монолитном слое при изгибе;

- площадь участков с трещинообразованием в монолитном слое дорожной одежды нежесткого типа за период времени t, м2 ;

- общая площадь участка монолитного слоя дорожной одежды нежесткого типа, м2 .

Взаимосвязь уровня надежности (КН) и риска возникновения трещин в монолитном слое при изгибе (r) следующая:

. (2)

Последовательность расчета вероятности возникновения трещин в монолитном слое при изгибе представлена в работе [3,4,5,6]. Этот метод расчета позволяет на основании сравнительного анализа выбрать наиболее рациональный вариант дорожной одежды с геосеткой и плоских георешеток или без них.

Основными функциями программы RISK_01 являются прочностные расчеты конструкции нежестких дорожных одежд с применением геосеток и плоских георешеток. В число реализованных основных алгоритмов входят:

- расчет на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе;

- расчет риска возникновения трещин в монолитном слое при изгибе.

Исходными данными (рис.2) для выполнения вышеуказанных расчетов являются:

- коэффициент, учитывающего особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном;

- расчетное давление;

- суммарная толщина слоев асфальтобетона;

- расчетный диаметр следа колеса движущегося автомобиля;

- общий модуль упругости на поверхности основания;

- средний модуль упругости слоев асфальтобетона;

- дорожно-климатическая зона;

- расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия с учетом числа расчетных суток за срок службы;

- нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик конструктивных слоев;

- уровень надежности;

- прочность геосетки (или плоской георешетки);

- коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении;

- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов.

- коэффициент вариации общего модуля упругости на поверхности основания;

- коэффициент вариации среднего модуля упругости;

- коэффициента вариации суммарной толщины асфальтобетонных слоев.

Рис.2 Окно «Ввод исходных данных»

Результатами расчета (рис.3) при сравнении конструкций дорожных одежд нежесткого типа с геосеткой и без геосетки являются:

- наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое;

- коэффициент вариации растягивающих напряжений при изгибе в монолитном слое;

- среднее квадратическое отклонение наибольшего растягивающего напряжения в рассматриваемом слое;

- предельное растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений;

- среднее квадратическое отклонение допустимого растягивающего напряжения материала;

- критическое растягивающее напряжение в монолитном слое, при котором вероятность появления трещин равна 50%;

- среднее квадратическое отклонение критического растягивающегося напряжения;

- аргумент функции Лапласа.

Рис.3 Окно Результаты расчета

Используя таблицу Лапласа (рис.4), расположенную в панели инструментов, находят значение для полученного аргумента и после его ввода рассчитывают вероятность возникновения трещин в монолитном слое при изгибе на момент пуска автомобильной дороги в эксплуатацию.

Рис.4 Окно Таблица Лапласа

Результаты расчета возможно сохранить в файл (рис.5).

Рис.5 Меню «Сохранение результатов расчета»

Для сравнительного анализа полученных результатов используют в активном окне функцию «Анализ результатов» (рис.6). В данном примере получили, что при исходных данных отраженных на рис. 1- 4 (и отличном качестве строительства [7], выраженном в виде коэффициента вариации 0,1) вероятность возникновения трещин в монолитном слое при изгибе при использовании геосетки будет снижена на 92,9% по сравнению с конструкцией, где геосетка отсутствует.

Рис. 6 Окно Анализ результатов расчета

ЛИТЕРАТУРА

1. Проектирование нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01)/ Гос. служба дор. хоз. Министерства транспорта РФ. – М.: Транспорт, 2001.- 145с.
2. Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог (ОДМ 218.5.001-2009)/ Федеральное дорожное агентство (Росавтодор).-М.:2010.-85с.
3. Столяров В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска. Части 1,2.- Саратов: СГТУ, 1994. – 184 с., – 232 с.
4. Кокодеева, Н. Е. Влияние влажности подстилающего слоя грунта на вероятности нарушения сплошности монолитного слоя при изгибе / Н. Е. Кокодеева // Актуальные проблемы эксплуатации транспорта : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2000. - С. 139-144. - ISBN 5-7433-0533-1.
5. Столяров, В.В. Методическое обеспечение проектирования дорожных одежд нежесткого типа с применением геоматериалов с учетом принципов технического регулирования (на основе теории риска) / В.В. Столяров В.В., Н. Е. Кокодеева // Строительство и реконструкция. Известия Орел ГТУ, №4/30 (5966) 2010 (июль-август).
6. Кокодеева, Н.Е. Принципы технического регулирования при проектировании дорожных одежд нежесткого типа с применением геоматериалов (на основе теории риска) / Н. Е. Кокодеева // Строительные материалы, №1– 2011.- С. 25-28.
7. Семенов В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1989.–125с.

7

ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН В МОНОЛИТНОМ СЛОЕ ПРИ ИЗГИБЕ С УЧЕТОМ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ