Спосіб визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій

Реферат: Спосіб визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій полягає в тому, що за допомогою ударника проводять динамічне навантаження поверхні дорожнього одягу, за допомогою вимірювальної системи реєструють кінематичну характеристику системи "ударникдорожній одяг", за якою обчислюють фактичний модуль пружності, при цьому як кінематичну характеристику системи "ударник-дорожній одяг" використовують тривалість удару. Технічний результат - спрощення визначення осідання дорожньої конструкції. UA 111539 C2 (12) UA 111539 C2 UA 111539 C2 5 10 Винахід належить до галузі будівництва та експлуатації автомобільних доріг, а саме до методів та способів діагностики стану дорожніх конструкцій. Відомі способи визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій [1, 2, 3], що реалізують динамічний метод випробування. Суть способу полягає у вимірюванні максимального осідання штампа, на який діє короткочасне динамічне навантаження. За величиною максимального осідання штампа оцінюють деформативні характеристики ґрунту чи основи. В установці "Дина-3М" [4, 5] прикладають навантаження до дорожньої конструкції і одночасно реєструють величину динамічного прогину покриття. Обробку результатів вимірювання здійснюють на основі кореляційної залежності між динамічним і статичним прогином покриття під дією розрахункового навантаження. Фактичні значення модулів пружності дорожнього одягу (у МПа) визначаються за формулою [4]: Eф  15 20 25 30 35 40 45 50  K qpD 1   2  , (1) l де K q - коефіцієнт, що залежить від характеру передачі навантаження на покриття: так при випробуванні за допомогою жорсткого штампа K q  0,25  , а за допомогою спареного колеса - K q  1,0 ; p - тиск на покриття, p  0,6 МПа  ; D - діаметр штампа, D  0,33 м ;  - коефіцієнт Пуассона   0,30  ; l - прогин покриття, м. Головним недоліком установки "Дина-3М" є необхідність в установці реперної балки, що призводить до додаткових витрат сил та часу оператора. Під час вимірювань оператору необхідно виходити з автомобіля, а це підвищує небезпеку під час вимірювань. Показання прогину покриття від створеного навантаження необхідно записувати вручну, що створює додаткові незручності, особливо при несприятливих погодних умовах. Механізм опускання піднімання рухомого штампа має складну конструкцію і часто виходить з ладу. За найближчий аналог винаходу прийнято спосіб визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій за допомогою пристрою "ZFG-2000" (Німеччина) [3]. Проводять динамічне навантаження поверхні дорожнього одягу, реєструють сигнал від обладнання, отримують середнє значення осідання дорожньої конструкції, розраховують динамічний модуль деформації за формулою:  E vd  1,5  r  max , (2) Smax де r - радіус штампа; Smax - середнє з осідань S 4 max , S5 max , S 6 max штампа при трьох ударах;   max - нормальне напруження під штампом max  0,1 МН м2 . Недоліком найближчого аналога є складність визначення осідання дорожньої конструкції. Реєстрація сигналу відбувається датчиком прискорення. Обробка сигналу прискорення для отримання осідання дорожньої конструкції вимагає подвійного інтегрування, а цей процес є досить складним та призводить до значної похибки. Задача винаходу - удосконалення способу визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій шляхом спрощення вимірювальних операцій і зменшення похибки вимірювань. Поставлена задача вирішується за рахунок введення в процес визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій замість операцій подвійного інтегрування, отримання середнього значення осідання, розрахунку динамічного модуля пружності на основі осідання, наступній операції: розраховують фактичний модуль пружності на основі тривалості удару. На фіг. 1 показано схему способу визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій, а на фіг. 2 подано графік визначення тривалості удару як різниці між абсцисами ліній А і В. Спосіб визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій полягає в наступному. 1 UA 111539 C2 За допомогою ударника проводять динамічне навантаження поверхні дорожнього одягу, за допомогою вимірювальної системи реєструють кінематичну характеристику системи "ударникдорожній одяг" (тривалість удару), фактичний модуль пружності розраховують за формулою: E 5 10  P , (4) dt 2 де m - маса ударника, кг; l - осідання дорожньої конструкції, м; t - час, с; P - сила реакції, що дорівнює силі тиску: EDl , (5) P 4 З огляду на (4) матимемо лінійне однорідне диференційне рівняння другого порядку dt де 25 30 35 40  , (3) d 2l d 2l 20 2  D де m - маса ударника, кг;  - коефіцієнт Пуассона;  - тривалість удару, с; D - діаметр штампа, м. Формулу (3) отримано з розв'язку диференційного рівняння руху ударника при взаємодії його з дорожньою конструкцією. За другим законом Ньютона: m 15  4 m 1 -  2 2  k 2l  0 , (6) A , ED , (7) A m 4 з такими початковими умовами: dl t  0; l  0 ;  V0 , (8) dt де V0 - початкова швидкість ударника перед дотиканням до покриття, м/с. Розв'язком рівняння (6) є функція l  C1 cos kt  C2 sin kt , (9) З урахуванням того, що швидкість є похідна осідання по часу, та початкових умов (8) для швидкості ударника матимемо вираз: V  V0 cos kt . (10) Максимальний прогин покриття буде мати місце при повній зупинці ударника V=0. Прирівнюючи вираз (10) до нуля, знайдемо момент часу, коли це трапляється:  . (11) T 2k Якщо виміряти час  удару, який буде в два рази більший, ніж час, визначений за формулою (11):    , (12) k то можна підрахувати величину параметра k:  k  . (13)  З урахуванням виразів (7) матимемо кінцевий вираз (3) для визначення Е. Запропонований спосіб розв'язує поставлену задачу, а саме забезпечує визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій за рахунок заміни в процесі їх визначення операцій визначення осідання дорожньої конструкції і на його основі розрахунку динамічного модуля пружності новими операціями визначення тривалості удару ударника та на його основі розрахунку фактичного модуля пружності. Джерела інформації: k 2 UA 111539 C2 5 10 1. Висоцький В.П., Нагайчук В.М., Поспішний В.О. Нові інструментальні методи контролю ущільнення земляного полотна та шарів дорожнього одягу // Автошляховик України. - № 4, 2008. - С. 33-36. 2. Technische PrüfVorschriften für Boden und Fels im Straβenbau TP BF-StB Teil В 8.3. Dynamischer Piattendruckversuch mit Leichtem Fallgewichtsgerät. - Köln: Forshungsgesellschaft für Strassen-und Verkehrswessen. Arbeitsgruppe Erd-und Grundbau, 2003. - 75 s. 3. Leichtes Fallgewichtsgerät ZFG-2000. Bedienungsanleitung. Gerhard Zorn Mechanische Werkstatten. Stendal, 2006. - 21 s. 4. ВБН B.2.3-218-186 - 2004. Споруди транспорту. Дорожній одяг нежорсткого типу. - К.: Державна служба автомобільних доріг України "Укравтодор", 2004. - 145 с. 5. Каталог продукции компании "РОСДОРТЕХ". - Саратов, 2011. - 89 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 Спосіб визначення деформативних характеристик дорожніх конструкцій, який полягає в тому, що за допомогою ударника проводять динамічне навантаження поверхні дорожнього одягу, за допомогою вимірювальної системи реєструють кінематичну характеристику системи "ударникдорожній одяг", за якою обчислюють фактичний модуль пружності, який відрізняється тим, що як кінематичну характеристику системи "ударник-дорожній одяг" використовують тривалість удару, фактичний модуль пружності розраховують за формулою: 4 m 1 -  2 , (3) E  2D де m - маса ударника, кг;  - коефіцієнт Пуассона;  - тривалість удару, с; D - діаметр штампа, м.   3 UA 111539 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4