Осиновская Вероника Александровна

Разработка теории вибрационного разрушения нежестких дорожных одежд и путей повышения их долговечности

Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство автомобильных дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедрах «Строительная механика» и «Строительство и эксплуатация дорог».

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Немчинов Михаил Васильевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Казарновский Владимир Давидович

доктор технических наук, профессор Матуа Вахтанг Парменович

доктор технических наук, профессор

Матвеев Сергей Александрович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ФГУП «РОСДОРНИИ»

Защита состоится « 17 » февраля 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.02 ВАК России при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ)

по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Текст автореферата размещен на сайте МАДИ: www.madi.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим присылать по е-mail: uchsovet@madi.ru.

Автореферат разослан « ____ » __________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., проф. Н.В. Борисюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем дорожной отрасли России является преждевременное разрушение дорожных конструкций. В значительной степени это относится к нежестким дорожным одеждам, так как они составляют около 98 % всех дорог с твердым покрытием. Фактические межремонтные сроки службы дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями значительно ниже по сравнению с нормативными, что приводит к ежегодному увеличению объемов ремонтных работ и к дополнительным финансовым вложениям в дорожную отрасль.

Ежегодные экономические потери РФ, связанные с плохим состоянием автомобильных дорог, составляют около 1,5 трлн. руб. Как известно из материалов статистических обследований, фактические сроки службы асфальтобетонных покрытий составляют не более 3…5 лет, а иногда и не более 1…2 года. Недостаточная развитость сети автомобильных дорог РФ, которая по сравнению с европейскими странами ниже в 5…30 раз, и неудовлетворительное состояние эксплуатируемых автомобильных дорог существенно тормозят развитие всего народного хозяйства страны.

В многочисленных научных исследованиях, посвященных проблеме преждевременного разрушения нежестких дорожных одежд, указывается на то, что низкая долговечность конструкций обусловлена целым комплексом различных причин: ростом интенсивности движения и числа многоосных автомобилей в транспортных потоках; эксплуатацией участков автомобильных дорог, запроектированных под нагрузку 6 т. на ось; использованием некачественных дорожно-строительных материалов; нарушениями технологий строительства; несовершенством методов расчета дорожных конструкций и др.

Проблема преждевременного разрушения дорожных одежд характерна не только для России, но и для зарубежных стран. Различие состоит только в темпах и объемах разрушения. Поэтому научные разработки, направленные на повышение сроков службы дорожных одежд, являются актуальными.

Тема диссертационной работы вписывается в перечень важнейших мероприятий Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)» по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам по разделу 122 «Совершенствование теоретических основ и расчетных методов надежности и долговечности дорожных конструкций и конструкций искусственных сооружений» (приложение № 2 к Федеральной целевой программе). Кроме того, данное исследование проводится в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно- педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 годы.

При проектировании нежестких дорожных одежд, в соответствии с действующими нормативными документами, учитывается целый комплекс факторов снижения транспортно-эксплуатационных показателей дороги в течении срока ее службы, в том числе, циклический характер нагружения, влияние природно-климатических факторов, процессы усталостного разрушения и др. Для обеспечения соответствующего уровня надежности вводятся необходимые запасы прочности.

Циклический характер нагружения, приводящий к накоплению усталостных повреждений в материале покрытия дорожной одежды и последующее образование в нем усталостных трещин, связанно с периодическим воздействием транспортных нагрузок и соответствующими циклически меняющимися прогибами дорожного полотна. Этот вид нагружения учитывается при проектировании нежестких одежд при расчете усталостного сопротивления асфальтобетонных покрытий.

Однако, при расчете дорожных конструкций в число факторов воздействия на дорожную одежду не включается ее вибронагруженность. В данной работе под термином вибронагруженность понимается процесс свободных затухающих колебаний слоев дорожной одежды, развивающийся из-за ударно-импульсного воздействия движущихся транспортных средств, при котором формируются дополнительные динамические прогибы. Эти дополнительные прогибы не учитываются при расчете на прочность нежестких дорожных одежд. Многочисленные натурные исследования подтверждают наличие колебаний дорожных одежд и грунта земляного полотна. Таким образом, отсутствие при проектировании учета вибронагруженности нежестких дорожных одежд приводит к тому, что дорожные конструкции изначально необеспечены необходимыми прочностными показателями.

Для выявления связей между вибрационными процессами и процессами деформирования дорожных конструкций, понимания причин преждевременного разрушения нежестких дорожных одежд, прогнозирования их долговечности при вибрационном нагружении и разработки мер по защите от вибрации необходимо было разработать теорию вибрационного разрушения.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение долговечности дорожных конструкций путем снижения их вибронагруженности на основе разработки теории вибрационного разрушения нежестких дорожных одежд.

Для реализации этой цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

обоснование и подтверждение гипотезы вибрационного разрушения дорожных конструкций;

проведение математического моделирования колебаний системы «автомобиль - дорожная конструкция» в вертикальной плоскости, разработка теоретических положений и математического аппарата исследования динамических процессов, возникающих в слоях дорожной одежды после ударного взаимодействия неподрессоренных частей автомобиля с неровностями дорожного покрытия;