ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ В ЗОНЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ

NUMERICAL MODELING OF THE DEFLECTED MODE OF ASPHALT CONCRETE COATINGS IN THE AREA OF DEFORMATION JOINTS

Anna Mikhailova

undergraduate student, Department of Roads, Bridges and Tunnels, Kazan state university of architecture and building constructions

Russia, Kazan

Andrew Mikhailov

undergraduate student, Department of Roads, Bridges and Tunnels, Kazan state university of architecture and building constructions

Russia, Kazan

Ivanov Gennadiy

scientific director, assistant professor, candidate of technical sciences Department of Roads, Bridges and Tunnels, Kazan state university of architecture and building constructions

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье описаны основные положения численного моделирования асфальтобетонного покрытия проезжей части мостов под влиянием температурных воздействий.

ABSTRACT

The article describes the main provisions of the numerical modeling of the asphalt concrete pavement of the roadway of bridges under the influence of temperature effects.

Ключевые слова: НДС покрытия, ДШ, температурные воздействия.

Keywords: deflected mode of coatings; deformation joints; temperature effects.

Согласно натурным исследованиям покрытий проезжей части мостов, поперечные трещины обычно появляются в зоне стыка асфальтобетона и деформационного шва. Перед нами поставлена задача – доказать, что часть напряжений и деформаций происходит за счет влияния температурных воздействий, а именно скачков отрицательных температур. Результаты исследования будут полезны при проектировании мостовых сооружений с деформационными швами новых конфигураций и разработке патентов на конструкции, повышающие долговечность мостового полотна и трещиностойкость покрытия.

В рамках статьи изучим влияние длины пролетного строения, толщины и модуля упругости покрытия, температурных перепадов на напряженно – деформированное состояние асфальтобетонного покрытия мостовых сооружений. Таким образом, построим расчетную модель мостового полотна из конечных элементов, зададим температурную нагрузку и получим напряжения и деформации, в нашем случае – перемещения.

Модель мостового полотна задана через конечные элементы – плиты с размерами 10х10 см. Все узлы модели имеют связи, крайние – закреплены от перемещений по осям X и Z, и от вращений относительно X, Y, Z, промежуточные - от перемещений по оси Z, и от вращений относительно X, Y, Z. Начальная длина пролета составляет 9 м, а расчетная ширина мостового полотна – 1 м. Жесткость задана через пластину толщиной 8 см, модуль упругости (как для пористого асфальтобетона на БНД 60/90) 2000 МПа. Температурная нагрузка задана как температурное воздействие по полю конечного элемента (нагрузка на пластину) по оси Y. Здесь значение температуры нижних волокон асфальтобетона 0°С, верхних -5°С, коэффициент линейного расширения асфальтобетона принят за 0.00007.

Рисунок 1. Изополя напряжений по Nx

При начальных данных получены следующие результаты:

1. Напряжения вдоль оси X: -1.67… 29.4 т/м2 (рис. 1);
2. Перемещения по оси Y: -1.26 … 0.417 мм (рис. 2).

Рисунок 2. Изополя перемещений по оси Y(G)

Таблица 1.

Результаты расчета при изменении длины пролета

Таблица 2.

Результаты расчета при изменении толщины покрытия

Таблица 3.

Результаты расчета при изменении модуля упругости покрытия

Таблица 4.

Результаты расчета при изменении значения температурной нагрузки

В ходе численного исследования напряженно-деформированного состояния покрытия проезжей части моста на температурные воздействия установлено, что наиболее влиятельными факторами на значение перемещений являются длина пролета и разность температур верха и низа покрытия, на напряжения же – модуль упругости покрытия и разность температур.

ГОСТ 9128-2013, определяющий предел прочности на сжатие, дает значения от 11,0 до 12,0 МПа для различных марок асфальтобетонных смесей при использовании во II дорожно-климатической зоне. Следовательно, полученные результаты напряжений в проведенных расчетах меньше предельно допустимого (1,157 МПа ≤ 11 МПа), что говорит о имеющемся запасе прочности покрытия (первое предельное состояние). Также следует оценить полученные деформации (второе предельное состояние). Но на данном этапе возникли следующие сложности: нормативная литература не фиксирует предельные относительные деформации сжатия асфальтобетона, лишь некоторые учебные литературные источники упоминают «критическую относительную деформацию», равную 0,001, примем ее за предельную и проведем сравнение с максимально полученной в расчете деформацией (-5,03 мм).

                                     (1)

 – расчетная относительная деформация;

 – длина пролета после температурного воздействия (мм);

 – начальная длина пролета (мм).

Таким образом, максимально полученные расчетные напряжения и деформации удовлетворяют требованиям не наступления как первого, так и второго предельных состояний. Мы доказали влияние температурного воздействия на покрытие, дальнейшие исследования необходимо направить на разработку практических мероприятий по повышению долговечности покрытия с учетом температурных нагрузок.

Список литературы:

1. ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2019. – 54 с.;
2. Иванов Г.П., Еремеев А.В. Напряженно-деформированное состояние асфальтобетонных покрытий на мостовых сооружениях при сжатии от температурных деформаций/ Прорывные научные исследования как двигатель науки нового времени, Сборник научных статей по итогам международной научно-практической конференции 25-26 ноября 2016 года, г. Санкт-Петербург. – СПб: Изд-во «КультИнформПресс», - С. 173-175.