РАБОТА СБОРНЫХ КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ДОРОЖНЫХ ПЛИТ ПОД ТЯЖЕЛОВЕСНЫМИ СОРТИМЕНТОВОЗАМИ

 

Меньшиков А.М., Казаков В.Н., Павлова Я.И. (АГТУ, г.Архангельск, РФ)

 

The results of theoretical research of influence of heavy articulated lorry on  track ferroconcrete slabs of the clearing road are shown. The necessity of rigid butt contacts of slabs in wheeltubes with removal assortment is proved.

 

В настоящее время лесозаготовительные предприятия Архангельской области (далее – ЛЗП) активно ведут техническое перевооружение парка специализированных автотранспортных средств (далее – АТС) тяжеловесными автопоездами-сортиментовозами на базе седельных тягачей с полуприцепами. Полная масса таких АТС превышает 40 т, осевые нагрузки в статике достигают 130 кН. В некоторых ЛЗП такие автопоезда уже составляют 100 % парка специализированных АТС, поэтому при проектировании строительства или реконструкции лесовозных дорог они должны рассматриваться в качестве расчетных АТС.

На рис.1 представлен автопоезд-сортиментовоз МАЗ-642205-020 + МАЗ-998640 с колесными нагрузками, значения которых учитывают влияние смежных колес одного борта и динамичность передачи нагрузки на дорожное покрытие (задние колеса полуприцепа односкатные, коэффициент динамики 1,3).

 

Между тем, эксплуатация таких автопоездов входит с противоречие с работой традиционно применяемых на лесовозных дорогах покрытий, в частности, колейных сборно-разборных покрытий из железобетонных плит. При устройстве покрытий из наиболее распространенных 3-метровых плит упруго-податливые стыки, выполняемые в основном с применением деревянных брусков, не обеспечивают надежную совместную работу плит в колесопроводе даже при эксплуатации АТС-лесовозов. И это при том, что длинное дышло у прицепов-роспусков АТС-лесовозов исключает передачу нагрузки на смежные плиты одновременно от тягача и прицепа, чем облегчается напряженно-деформированное состояние плит и упрощаются расчетные схемы колесопроводов.

У АТС-сортиментовозов с прицепами и большинством моделей полуприцепов расстояние между задней осью тягача и передней осью прицепа (полуприцепа) составляет менее 6 м, поэтому смежные плиты колесопроводов в этом случае воспринимают нагрузку и от тягача, и от прицепа. В результате такого силового воздействия в зоне стыков возникают недопустимо большие реактивные давления основания, а сами плиты подвергаются действию знакопеременных изгибающих моментов, превышающих по величине нормативные.

Экспериментально установлено [1], что режим работы дорожных железобетонных плит в колесопроводе существенно улучшается применением жестких стыковых соединений. С учетом выше сказанного, произведем расчеты плит колесопровода как шарнирно соединенных между собой тонких балок на упругом основании с применением теоретического аппарата строительной механики [2]. Правомочность такого подхода неоднократно обосновывалась [3,4].

Расчетная схема участка колесопровода представлена на рис.2.

1. Вычислим по известной формуле показатели гибкости плит

                              .                                       (1)

2. Для определения реакций в стыках составим систему уравнений      

                            ,                      (2)

свободные члены определим по формулам

                              ,                                                                   (3)

                                                                                               (4)

Значения параметров W_n1…W_n6 и коэффициентов η_(n-1)(n+1) определим с помощью таблиц [2] в зависимости от показателя гибкости a. Параметры , также находим по таблицам [2] для каждой активной силы. При этом учитываем, что на плиту 2 действуют две внешние силы  и , на плиту 6 - также две силы и , а внешние нагрузки на плиты 1, 4 и 7 равны нулю.

 Главный определитель системы (1) отличен от нуля, что свидетельствует о возможности совместного решения входящих в нее уравнений. Применяя алгоритм Крамера, находим значения реакций в стыках Y₁…Y₆. 

3. Освобождаем каждую плиту от стыковых связей и, руководствуясь принципом независимости действия сил, далее выполняем ее расчет как свободной тонкой балки на упругом основании, которая наряду с активными силами нагружена двумя реактивными силами, приложенными на концах плиты.

4. По методике [2] определяем реактивное давление на плиту со стороны основания и изгибающие моменты в различных сечениях по длине плиты.

Расчеты производились для различных оснований и схем установки автопоезда на колесопроводе. Рассматривались плиты ПД3-2 сплошного сечения, модуль упругости плит Е=2·10⁴ МПа. Колесные нагрузки согласно рис.1.

В представленном примере расчета схема передачи нагрузок принята наиболее неблагоприятная, согласно рис.2; основание – супесь при W/W_т=0,75, модуль упругости основания Е₀=36 МПа, коэффициент Пуассона μ₀=0,3.

Расчеты выполнялись с учетом жестких стыковых соединений плит и без них. Результаты расчетов представлены в виде эпюр р₀ и М на рис.2.

Анализ эпюры р₀ показывает, что при устройстве жестких соединений реактивное давление грунта в зоне стыка снижается почти на 70 % в сравнении со свободно лежащими плитами, причем у последних имеет место нарушение контакта с основанием (отрицательные значения р₀). На эпюре М видно, что максимальные изгибающие моменты (как положительные, так и отрицательные) у плит с жесткими соединениями стыков находятся в области допустимых значений. Напротив, у свободно лежащих плит они превышают нормативные величины соответственно на 10 и 20 %, что создает предпосылки для образования и развития трещин.

Устройство жестких неразъемных стыковых соединений плит, обычно выполняемых сваркой выпусков арматуры на торцах, представляется особенно эффективным для грузонапряженных лесовозных дорог с длительными сроками эксплуатации, а также при стадийном строительстве для первоочередных конструкций лесовозных дорог, подлежащих в перспективе реконструкции и включению в региональную или федеральную дорожную сеть. Технологии сборки колесопроводов, омоноличивания и отделки жестких неразъемных стыков плит в настоящее время хорошо отработаны.

Жесткие разъемные стыковые соединения плит, выполняемые затягиванием специальных разъемных муфт или стяжных болтов, кроме всего прочего обеспечивают предварительное напряжение стыков и допускают многократную оборачиваемость плит. Эти свойства особенно ценны при строительстве временных сборно-разборных дорог с колейными покрытиями.

Полученные теоретическим путем результаты являются базой для экспериментальной проверки.

Литература

1. Куфтин А.Н. Результаты испытаний колейных покрытий из железобетонных плит со сварными стыками. - Межвуз. сб. научн. тр.: Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса. Вып.8. - Л.: ЛТА, 1979. - с.53-56.

2. Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании: Учеб. пособие для строит. спец. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1987. - 576 с.

3. Петровский Л.В., Яблочкин А.А. К вопросу расчета на прочность шарнирно-сочлененных плит для временных автодорог. - Межвуз. сб. научн. тр.: Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса. Вып. IV. - Л.: ЛТА, 1975. - с.47-54.

4. Усова У.А., Меньшиков А.М. Расчет толщины подстилающего слоя колейного покрытия из железобетонных плит с учетом работы шарнирных соединений. - Сб. научных статей студентов АГТУ. - Архангельск, 2008. - с.38-42.