Тиратурян Артем Николаевич, профессор кафедры «Автомобильные дороги», доктор технических наук, доцент
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Artem N. Tiraturyan, Professor of the Automobile Roads Department, PhD. (Tech.)
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Воробьев Андрей Викторович, инженер кафедры «Автомобильные дороги» Донского государственного технического университета
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Andrey V. Vorobev, Engineer of the Automobile Roads Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. Основным способом оценки несущей способности дорожных конструкций (представляющих собой слоистую среду, состоящую из материалов разной жесткости) является испытание установками ударного нагружения. Анализ результатов этих испытаний сводится к рассмотрению только пиковых значений вертикальных перемещений без учета изменения этих параметров в частотном и временном диапазоне. Вместе с тем именно изучение амплитудно-частотных характеристик перемещений может позволить решить ряд актуальных проблем, связанных, например, с приведением фактических значений вертикальных перемещений к значениям при проектных режимах работы конструкции.
Целью исследования является анализ динамического отклика слоистых сред (дорожных конструкций) автомобильных дорог на ударное нагружение, направленный на приведение фактических параметров динамического отклика к проектным значениям, регламентируемым требованиями отечественных нормативных документов по проектированию дорог.
Материалы и методы. Современные установки ударного нагружения позволяют воспроизводить нагрузку со временем импульса 0,03 с, в то время как проектные значения модулей упругости рассчитаны для 0,1 с. Для преодоления этого противоречия авторами было реализовано точное решение динамического уравнения Ламе для многослойного полупространства, и построен ряд амплитудно-частотных характеристик перемещений, на основе обработки которых была выведена упрощенная функциональная зависимость.
Результаты исследования. Разработана методика построения амплитудно-частотных характеристик перемещений на поверхности дорожной одежды при ударном воздействии, которая находит свое практические применение. На основе точного решения динамического уравнения Ламе путем статистической обработки установлена упрощенная регрессионная зависимость для приведения вертикальных перемещений. Представлен пример расчета модулей упругости слоев дорожной конструкции с учетом их приведения в зависимости от времени приложения нагрузки.
Обсуждение и заключения. В рамках исследования впервые получена методика приведения фактических значений вертикальных перемещений к значениям при проектных режимах работы дорожной конструкции, целиком базирующаяся на расчетном анализе ее динамического НДС, в частности, амплитудно-частотной характеристике деформирования при нестационарном воздействии. Разработанный подход способен значительно повысить достоверность диагностики состояния автомобильных дорог, а также обеспечить единство измерений и результатов, получаемых при проектировании и диагностике дорог.
Introduction. The main way to assess the load-bearing capacity of the road structures (which represent the layered mediums consisting of the materials of different rigidity) is by testing them with the impact loading test facilities. The analysis of the results of such tests reveals that they focus only on studying the peak values of vertical movements without taking into account changes of these parameters in frequency or time. However, it is the study of amplitude-frequency specifications of movements that can enable solving a number of pressing problems, e.g., related to bringing the actual values of vertical movements to the values of design mode operation of the structure. The aim of the present research is to analyse the dynamic response of the motorway layered mediums (road structures) to the impact load in order to bring the actual parameters of the dynamic response to the design parameters, which comply with the requirements of the national regulatory documents on road design.
Materials and Methods. The modern impact loading test facilities make it possible to simulate the impact pulse duration of 0.03s, while the design values of the elasticity moduli equal to 0.1s. To overcome this discrepancy, the authors have implemented the precise solution of the dynamic Lame equation for a multilayered half-space and have drawn up a number of amplitude-frequency specifications of movements, which have been processed and have become a basis for deriving a simple functional dependency.
Results. The methodology of drawing up the amplitude-frequency specifications of the movements on the road pavement surface, subject to impact action, has been developed and implemented in practice. Based on the precise solution of the dynamic Lame equation, by using the statistical processing, a simple regression dependency for calculating the vertical movements has been determined. An example of the elastic moduli calculation of the road structure layers, taking into account their dependency on the load application time, has been presented.
Discussion and Conclusion. Within the framework of the research, for the first time, a methodology has been developed for bringing the actual values of vertical movements to the values of design mode operation of the road structure based entirely on the computational analysis of its dynamic stress-strain state (SSS), in particular, the amplitude-frequency specification of deformation under the non-stationary impact. The developed approach contributes significantly to increasing the credibility of the motorway condition diagnostics, as well as ensures the integrity of measurements and results obtained during the road design and diagnostics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.