Oddziaływanie drogowej płyty betonowej na podbudowę i podłoże w warunkach zmiennej temperatury dobowej

• Autorzy: Mackiewicz P. , Szydło A.

Warianty tytułu

EN

Influence of concrete slab on subbase and subgrade under variable daily temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Oddziaływanie temperatury w ciągu doby powoduje zmianę w odkształcaniu się płyt betonowych wbudowanych w nawierzchnie drogowe. W związku z rozszerzalnością termiczną oraz nierównomiernym oddziaływaniem temperatury, płyta betonowa odkształca się w ciągu doby wywołując deformacje w warstwach niżej leżących. Dodatkowo w zależności od różnych typów warstw i podłoża, na którym spoczywa powstają w niej zróżnicowane naprężenia, które powinny być uwzględniane w wymiarowaniu nawierzchni. W Polsce z uwagi na częste, zmienne cyrkulacje powietrza nawierzchnie betonowe poddawane są cyklicznym oraz zróżnicowanym odziaływaniom termicznym w ciągu roku i doby. W artykule przeanalizowano wpływ różnych typów podbudów i podłoża na stan przemieszczeń i naprężeń w analizowanym układzie warstwowym. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w zależności od zmiennej temperatury dobowej z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES). Z obliczeń wynika, że na skutek dobowych zmian termicznych, w obszarze szczelin poprzecznych w podbudowie mogą pojawić się skumulowane przemieszczenia pionowe oraz naprężenia rozciągające prowadzące do uszkodzenia podbudowy. Wykazano, że stosowanie sztywnych podbudów prowadzi do powstawania większych naprężeń rozciągających w płycie niż dla podbudów podatnych. Natomiast w podbudowach podatnych o małym module sztywności i dodatkowo o małej grubości będą pojawiać się skumulowane przemieszczenia. Pokazano wpływ zmiany wartości modułów i podłoża na wartości termicznych naprężeń rozciągających w płycie betonowej. Przeprowadzone analizy mogą być pomocne przy projektowaniu nowych nawierzchni betonowych jak również ocenie nośności nawierzchni istniejących spoczywających na różnorodnych podłożach.

EN

Changes in temperature during the day cause uneven thermal expansion and deformation of concrete slabs, which are embedded in a concrete pavement. In consequence, the deformed slab leads to deformation of underlying layers. In dependence of different types of layers and subgrade on which the slab rests, different stress are formed, which should be taken into account in pavement dimensioning. Due to frequent and variable air circulation in Poland, concrete pavements are subjected to cyclic thermal deformations in days and the whole years. The article describes the impact of different types of subbase and subgrade on ground displacements and stresses in the analysed layers. Numerical calculations were performed for the variable daily temperature using the finite element method (FEM).The calculations showed that due to the daily thermal changes, cumulative vertical displacements and tensile stresses leading to damage of the foundation can appear in the transverse joint in the foundation. It has been shown that the use of rigid subbase leads to higher tensile stresses in the plane than in susceptible substructures. However, in the susceptible subbases with low modulus and small thickness, accumulated displacement will appear. The effect of varying moduli and the subgrade on the thermal tensile stresses in the concrete slab was also shown. The conducted analyses can be helpful in the design of new concrete pavements as well as evaluation of the capacity of existing pavements resting on variety of subgrades.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia termiczne; temperatura; płyta betonowa; podłoże

EN

thermal stress; temperature; concrete slab; subgrade

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej
• Czasopismo: Przegląd Komunikacyjny
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 3
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Mackiewicz P.

• Politechnika Wrocławska, Zakład Dróg i Lotnisk

autor

Szydło A.

• Politechnika Wrocławska, Zakład Dróg i Lotnisk

Bibliografia

• [1] Westergaard H.M. (1927). Analysis of stresses in concrete due to variations of Temperature, Proceedings of the 6th Annual. Meeting Highway Research Board, National Research Council, Vol.6, pp 201-215.
• [2] Teller L.W., Sutherland E.C. (1935). The structure design of concrete pavements, part 2: observed effects of variations in temperature and moisture on the size, shape, and stress resistance of concrete pavement slabs. Public Roads, 16(9), 169-197.
• [3] Thomlinson L. (1940). "Temperature variations and consequent stresses produced by daily and seasonal temperature cycles in concrete slabs." Concrete Constructional Engineering, 36(6).
• [4] Mohamed A.R., Hansen W. (1997). Effect of Nonlinear Temperature Gradient on Curling Stress in Concrete Pavements. Transportation Research Record, 1568, pp. 65-71.
• [5] Mackiewicz P. (2014). Thermal stress analysis of Jointed plane in concrete pavements." Applied Thermal Engineering, 73 (2014), 1167-1174
• [6] Mackiewicz P., Szydło A. (2013). Wpływ temperatury na nośność betonowych nawierzchni lotniskowych. Przegląd Komunikacyjny 7/2013.
• [7] Tabatabai A.M., Barenberg E.J. (1978). "Finite-element analysis of Jointed or cracked concrete pavements." Transportation Research Record., 671, Transportation Research Board, Washington, D.C.
• [8] Tayabji S.D., Colley B.T. (1986). Analysis of Jointed Concrete Pavements. Technical Report FHWA-RD-86-041, Federal Highway Adminstration, McLean, Virginia.
• [9] Chou Y.T. (1981). Structural Analysis Computer Programs for Rigid Multicomponent Pavement Structures with Discontinuities: WESLIQUID and WESLAYER. Technical Report GL-81-6. Vicksburg, MS: U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station.
• [10] Khazanovitch L., Yu H.T., Beckemeyer C. (2000). Application of ISLAB2000 for Forensic Studies. Proceeding of the 2nd International Symposium of 3D Finite Element for Pavement Analysis, Design, and Research, Charleston, West Virginia, pp. 433-450.
• [11] Beegle D.J., and Sargand S.M. (1995). Three-Dimensional Finite Element Modeling of Rigid Pavement. Final Report No. ST/SS/95-002, Ohio Department of Transportation, Federal Highway Administration, Columbus, Ohio.
• [12] Zokaei-Ashtiani A., Carrasco C., Nazarian S. (2014). Finite element modeling of slab-foundation interaction on rigid pavement applications. Computers and Geotechnics 62, 118-127.
• [13] COSMOS/M. (1993). Advanced modules user guide, Santa Monica, CA.
• [14] Rusiński, E. (1994). Metoda elementów skończonych. System COSMOS/M, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa