ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Покрытие в условиях сезонного промерзания оснований из "Аэродромные покрытия Современный взгляд " предварительно вычислив Ji. J5 и найдя Хс, определим напряжения и непроявившиеся температурные деформации во втором приближении и т. д. [c.337] Метод термоупругих решений практически уже на четвертом круге вычислений позволяет получить необходимые результаты с высокой степенью точности, а применение ПЭВМ делает этот метод удобным в работе. [c.337] Выше отмечалось, что эксплуатационные и ресурсные характеристики покрытий в значительной степени определяются тепловлажностным состоянием грунтовых оснований. При этом тепловлажностное состояние грунтовых оснований меняется по сезонам года и в годовом цикле, что вызывает изменение свойств грунтов, в том числе деформативных и прочностных. Особенно резко свойства изменяются при переходе грунта из мерзлого состояния в талое и обратно [141, 189]. [c.337] В настоящее время при проектировании покрытий влияние переменного тепловлажностного состояния грунтовых оснований на их прочность учитывается лишь косвенно. Это часто становится причиной возникновения аварийных ситуаций в районах со сложными инженерно-геологическими условиями. Проблема существует не только при проектировании аэродромных покрытий, но и при их эксплуатации, так как, например, до сих пор нет надежных разработок, которые позволили бы прогнозировать количество взлетно-посадочных операций в зависимости от состояния системы покрытие-основание с учетом реальных условий эксплуатации аэродрома. [c.337] Модуль упругости мерзлого грунта и температура перехода грунта в твердомерзлое состояние зависят от вида грунта, поэтому расчеты выполнены отдельно для грунтовых оснований из песка, супеси, суглинка, глины. [c.339] На границах покрытие-пескоцемент-грунтовое основание введем вертикальные стержневые элементы, жесткость которых примем бесконечно большой. [c.340] В предварительных расчетах сравнивались разные способы задания контактных условий между слоями (жесткое закрепление по вертикали и связи нулевой жесткости по горизонтали жесткое закрепление по вертикали и связи конечной жесткости по горизонтали проверка выполнения на контактах слоев условий сухого трения и др.). Так как напряжения и перемещения в центральной части плиты покрытия практически не зависят от способа задания условий па контакте, поэтому выберем наименее трудоемкий способ задания контактных условий. До рещения задачи обоснуем размеры расчетной сетки элементов, необходимые для достижения заданной точности рещения. Известно, что для используемых конечных элементов с удвоением густоты сетки разность между точным и приближенным рещениями для перемещений уменьшается примерно в 4 раза, для напряжений—в 2 раза. Точность решений оцениваем по стабилизации результатов расчетов. За оценку погрешности решения принимаем относительную разность двух значений напряжений, полученных в последовательных расчетах при сгущении сетки в два раза. Ставилось условие, чтобы эта погрешность не превосходила 1 %. В итоге пришли к неравномерной сетке элементов (рис. 9.4). [c.340] На основании принятой математической модели проведен численный эксперимент. Цель эксперимента — получение эмпирической модели работы плиты покрытия при промерзании грунтового основания. Подготовка численного эксперимента включала обоснование порядка эмпирической модели (уравнения регрессии), выбор выходных параметров (приняты максимальный уровень напряжений в плите покрытия и вертикальные перемещения плиты под нагрузкой), выбор состава факторов и диапазонов их варьирования, обоснование плана математического эксперимента. Так как для аппроксимации перемещений в используемом конечном элементе принят неполный полином 2-й степени, предполагалось, что для достижения достаточной точности эмпирической модели можно обойтись уравнением регрессии 2-го порядка. Количество воздействующих на покрытие факторов и их сочетаний велико (вид и величина нагрузки, конструкция покрытия, вид и свойства грунтового основания, температурно-влажностное воздействие и др.), что требовало постановки многофакторного эксперимента. [c.340] В результате анализа влияния толщины цементобетонного покрытия на изменение параметров его напряженно-деформированного состояния в зависимости от глубины промерзания установлено, что допустимо выполнять расчеты для одной конструкции аэродромного покрытия. [c.340] Выходными факторами при определении вертикальных перемещений приняты глубина промерзания грунтового основания под аэродромным покрытием и модуль упругости талого грунта, расположенного ниже глубины промерзания. Расчеты показали, что изменение модуля упругости талого грунта, расположенного ниже глубины промерзания, незначительно влияет на уровень напряжений в покрытии, поэтому при планировании численного эксперимента для напряжений приняты два фактора — глубина промерзания и отрицательная температура грунта под покрытием. Диапазоны варьирования факторов выбраны в пределах значений, представляющих практический интерес при расчете аэродромных покрытий. [c.340] Зависимость между входными параметрами и факторами нелинейна, поэтому схема экспериментов была построена по плану центрального ротатабельного композиционного планирования, когда основу плана составляет ядро — факторный эксперимент линейного приближения, к которому добавляется определенное количество специальным образом расположенных звездных точек, и опыты в нулевой точке. Были выбраны планы, имеющие хорошие характеристики по разным статистическим критериям, приведенным в [26]. [c.341] Коэффициенты модели подбирались с помощью метода наименьших квадратов. [c.341] После реализации эксперимента и получения уравнений регрессии выполнялась проверка адекватности модели и значимость коэффициентов. Выполнить эти проверки по общепринятым методикам не представлялось возможным, так как параллельные наблюдения в точках плана в рассматриваемом случае неосуществимы. Поэтому были изучены разности между экспериментальными значениями и значениями функции отклика, предсказанными по уравнениям регрессии в проверочных точках, и вычислены отношения этих разностей к наибольшему из значений (в эксперименте или по уравнению) допускалась погрешность не более 5 %. В качестве проверочных точек выбраны точки плана и добавочные точки, расположенные в области значений факторов, представляющих наибольший практический интерес. [c.341] Оценка точности уравнений регрессии показала, что для вертикальных перемещений модель 2-го порядка обладает достаточной точностью, а для напряжений модель необходимо достроить до 3-го порядка. [c.341] Проверка точности показала, что уравнение регрессии 3-го порядка достоверно описывает изменение напряжений при промерзании грунтового основания аэродромных покрытий. [c.341] Коэффициенты уравнений регрессии для единичной нагрузки в центре плиты приведены в табл. 9.2 (для перемещений) и в табл. 9.3 (для напряжений). По знаку и величине этих коэффициентов можно судить о характере и степени влияния каждого из факторов на выходной параметр. [c.341] Полученные в расчетах результаты сравнивались с экспериментальными данными. Натурный эксперимент проведен на опытном полигоне в Московской области [40]. Цель экспериментальных исследований — изучение влияния сезонного изменения свойств грунтовых оснований на несущую способность монолитных и сборных жестких аэродромных покрытий при воздействии самолетных нагрузок. Первый опытный фрагмент летного поля состоял из испытательных участков, имевших аэродромные покрытия двух типов из сборных покрытий (плиты ПАГ-14) на песчаном основании толщиной 20 см и из монолитных цементобетонных покрытий толщиной 24 см на песчаном основании толщиной 20 см. Грунтовое основание на обоих участках — мелкий песок с модулем упругости 120 МПа. [c.343] Параметры тепловлажностного состояния (влажность и температура по глубине основания) измерялись перед наступлением устойчивых отрицательных температур и в период оттаивания оснований. Грунты для анализа отбирались из скважин глубиной до 2 м, пробуренных на каждом участке. Влажность определялась весовым способом, температура — термометрами ТЛ-4 с ценой деления 0,1 °С. Летом определялись коэффициенты постели грунтовых оснований в штамповых испытаниях. Их величины составили 30—60МН/м . [c.345] Нагрузку на покрытие создавали накатыванием на плиты установки, представляющей собой загруженную чугунным балластом двухколесную тележку, смонтированную на авиационных пневматиках с давлением 1,0 МПа и нагрузкой на колесо 180 кН. Испытания проводили по мере промерзания основания. В испытаниях измеряли кривизну поверхности (механическими кривизномера-ми с базой 60 см), по которой рассчитывали значения изгибных напряжений (с учетом изменения жесткости плиты с появлением поперечных трещин). В дни проведения накатывания фиксировали температуры воздуха, грунтов основания, промерзания [65]. [c.345] Вернуться к основной статье