МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цели и задачи экспериментальных исследований
Цели экспериментальных исследований:
Оценить напряженно-деформированное состояние (НДС) искусственных оснований дорожных одежд, содержащих слои щебня, армированные синтетическими георешетками, при воздействии статических и многократных кратковременных нагрузок.
Выявить эффективность армирования слоев оснований дорожных одежд из щебня синтетическими георешетками.
Задачи экспериментальных исследований:
Определить деформации конструкций: «основание (песок) – щебень», «основание (песок) – георешетка – щебень», при воздействии статических и многократных кратковременных нагрузок.
На основе проведенных экспериментальных исследований определить модуль упругости слоя щебня, армированного георешеткой E щ.арм. и получить зависимость:
E общ. арм. / E общ. = f ( E щ. / E гр. ; G . ),
где E общ. – общий модуль упругости традиционной конструкции, кгс/см2
(МПа);
E щ. – модуль упругости неармированного слоя щебня, кгс/см2 (МПа);
E гр. – модуль упругости грунтового основания, кгс/см2 (МПа);
G – относительная продольная жесткость георешеток, кгс/см (МН/м).
Установить влияние георешеток на модуль упругости щебня и несущую способность дорожных конструкций при воздействии статических нагрузок.
Определить влияние армирования щебня на его модуль упругости и на процесс накопления остаточных деформаций конструкций при воздействии кратковременных нагрузок.
Экспериментальные исследования проводились в грунтовом лотке, имеющем размеры в плане 3,0·2,1 м и глубину 1,40 м . Грунтовые основания устраивались из песка средней крупности послойно с уплотнением до достижения требуемого коэффициента пористости.
Верхний слой основания выполнялся из гранитного щебня фракции 20 - 40 мм толщиной 100, 200, 300 мм .
В качестве армирующих материалов использовались георешетки СЛАВРОС СД .
Георешетки укладывались на контакте слоев из песка и щебня после определения деформативных характеристик песчаного основания.
Нагружения конструкций производились гидравлическими домкратами через штампы диаметрами 385 и 450 мм , которые устанавливались на слой щебня. Вокруг штампов устраивался пригруз, эквивалентный весу вышележащих слоев дорожных одежд. Тем самым создавались условия работы промежуточного слоя щебня, идентичные тем, какие могут быть в реальной дорожной одежде.
Величины нагрузок определялись по показаниям измерителей нагрузки торсионного типа, расположенным на гидравлическом стенде, а осадки штампов – по показаниям 3-х прогибомеров 6-ПАО, установленных на независимой от лотка реперной системе..
При проведении серий статических нагружений конструкций показания прогибомеров фиксировались визуально, при проведении серий многократных кратковременных нагружений показания прогибомеров фиксировались на магнитные носители с использованием видеокамер.
В ходе проведения экспериментальных исследований на каждую конструкцию были выполнены серии из 11 статических и 100000 кратковременных нагружений.
Экспериментальные исследования носили сопоставительный характер. На рис. 1, 2 приведены сравнительные графики деформаций неармированных конструкций и конструкций, армированных георешетками СД 20 и СД 40 на плотном песке.
Рис. 1 Графики деформаций конструкций при многократных нагружениях.
Рис. 2 Сравнение несущей способности конструкций.
Рис. 2 Сравнение остаточных деформаций конструкций при воздействии многократных кратковременных нагрузок (в полулогарифмическом масштабе).
Анализ результатов проведенных экспериментов
Результаты, полученные в ходе проведения экспериментальных исследований представлены на рис. 3-6.
Рис. 3 Увеличение общего модуля упругости армированных конструкций на плотном песке.
Рис.4 Увеличение общего модуля упругости армированных конструкций на песке средней плотности.
Рис. 5 Снижение остаточных деформаций армированных конструкций после цикла из 10000 кратковременных нагружений.
Рис . 6 Увеличение несущей способности армированных конструкций.
В результате анализа полученных экспериментальных данных установлено:
Армирование слоя щебня синтетическими георешетками Славрос СД способствует увеличению общего модуля упругости конструкции на 14 - 36%.
Применение георешеток позволяет значительно снизить величину необратимых деформаций конструкций, а значит, и величину касательных напряжений в слое, подстилающем щебень. Графики деформаций конструкций при воздействии многократных нагружений показывают, что армирование щебня георешетками Славрос СД позволяет снизить остаточные деформации в 1,5-2 раза.
Увеличение деформаций армированных конструкций при воздействии многократных кратковременных нагружениях в большей степени подчиняется логарифмическому закону, что приближает их к предпосылкам действующего метода расчета конструкций нежестких одежд.
Наличие в дорожных одеждах в верхней части – покрытия, способного сопротивляться растяжению при изгибе, промежуточного слоя – щебня, армированного георешеткой, создают условия для образования в конструкции «жесткой прослойки», модуль упругости которой может превышать модуль упругости вышележащего слоя.
Несущая способность конструкции, армированной георешеткой СД20, увеличивается в 2 - 2,15 раза, армированной георешеткой СД 40 – в 2,5 - 2,85 раза.