Assessment of the effect of concrete slab geometrical parameters on the distribution of stresses in the road pavement structure

• Autorzy: Zbiciak Artur , Graczyk Mirosław , Józefiak Kazimierz , Brzeziński Karol , Michalczyk Rafał

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.019.011

Warianty tytułu

PL

Ocena wpływu parametrów geometrycznych płyty betonowej na rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni drogowej

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza stanu naprężenia w płycie betonowej wykonanej na istniejącej konstrukcji nawierzchni podatnej (ang. whitetopping). Nakładkę zaprojektowano na użytkowanym pakiecie warstw konstrukcyjnych o znanej sztywności. Przeanalizowano wpływ obciążeń od gradientu temperatury oraz obciążeń od kół pojazdów. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Analizie poddano kilka wariantów nałożonej cienkiej nakładki betonowej whitetopping o zróżnicowanej geometrii ustroju. Zmiana długości płyty może prowadzić do zmniejszenia kosztów wykonania nawierzchni. Większa długość płyty powoduje mniejszą liczbę szczelin poprzecznych na kilometr, a co za tym idzie mniejszą pracochłonność i zużycie dybli. Zwiększenie długości elementu konstrukcyjnego wiąże się ze wzrostem maksymalnych naprężeń od obciążeń termicznych i eksploatacyjnych, co z kolei może wymuszać zwiększenie grubości płyty w celu zapewnienia odpowiedniej trwałości zmęczeniowej. Przyjęta metoda analizy umożliwia optymalizację kosztów remontu nawierzchni betonowych. Ze względu na złożoność zagadnienia, znalezienie rozwiązania optymalnego wymaga indywidualnego podejścia do zadanych warunków projektowych.

EN

The analysis of the state of stress prevailing in a concrete overlay slab made on an existing flexible pavement structure is presented. The concrete overlay (whitetopping) was made on the using laid over a package of pavement layers of known stiffness. The effect of loads generated by the temperature gradient and vehicle wheels loads was examined. Several whitetopping variants differing in the structural geometry were analysed. The calculations were carried out using the finite element method. A change in the length of slab can lead to a reduction in pavement building costs. A greater slab length results in a smaller number of transverse joints per kilometre and consequently, in lower labour intensity and fewer dowels used. But the maximum stresses generated by thermal and service loads increase as the length of this structural component is increased. Therefore it may be necessary to increase the thickness of the slab to ensure its proper fatigue life. Using the proposed analytical method one can optimize concrete pavement rehabilitation costs. Because of the complexity of the problem an individual approach to the particular cases must be adopted in order to find an optimal solution.

Słowa kluczowe

PL

analiza MES; diagnostyka FWD; nakładka betonowa; nawierzchnie betonowe; optymalizacja kosztów

EN

FEM analysis; FWD diagnostics; whitetopping; concrete pavements; cost optimization

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 18, no. 3
• Strony: 171--180
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab

Twórcy

autor

Zbiciak Artur

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

autor

Graczyk Mirosław

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów, ul. Instytutowa 1, 03-302 Warszawa

autor

Józefiak Kazimierz

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

autor

Brzeziński Karol

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

autor

Michalczyk Rafał

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

Bibliografia

• 1. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz. U. z 1999 r. Nr 43, poz. 430, tekst jednolity Dz. U. z 2016 r., poz. 124
• 2. Szydło A. (red.): Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej, Warszawa 2014
• 3. Judycki J. (red.): Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych. Politechnika Gdańska, Gdańsk 2014
• 4. Sybilski D. (red.): Katalog przebudów i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa 2013
• 5. Żurawicka A.: Thin bonded concrete overplays for strengthening of road pavement. Part I. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 2, 4, 2003, 63-98
• 6. Graczyk M.: Nośność konstrukcji nawierzchni wielowarstwowych w krajowych warunkach klimatycznych. Studia i materiały, IBDiM, zeszyt 63, Warszawa, 2010
• 7. Pożarycki A., Górnaś P., Sztukiewicz R.: Application of mechanical and electromagnetic waves in an integrated determination of pavement bearing capacity. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 16, 2, 2017, 101-114, DOI: 10.7409/rabdim.017.007
• 8. Graczyk M., Zbiciak A., Józefiak K.: Design of airport pavements with use of analytical methods and FEM. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 14, 2, 2015, 101-115, DOI: 10.7409/rabdim.015.007
• 9. Zienkiewicz O.C.: Taylor R.L.: The Finite Element Method. The 5th ed. Butterworth-Heinemann, Oxford 2000
• 10. Szydło A.: Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego: teoria, wymiarowanie, realizacja. Polski Cement, Kraków, 2004
• 11. Lewinowski A.: Wymiarowanie konstrukcji jezdni drogowych z betonu cementowego. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1982
• 12. Das A.: Analysis of pavement structures. CRC Press, Boca Raton, 2015
• 13. Papagiannakis A.T., Masad E.A.: Pavement Design and Materials, John Wiley & Sons, 2008
• 14. Mackiewicz P.: Analysis of stresses in concrete pavement under a dowel according to its diameter and load transfer efficiency. Canadian Journal of Civil Engineering, 42, 11, 2015, 845-853, DOI: 10.1139/cjce-2014-0110
• 15. Mackiewicz P.: Thermal stress analysis of jointed plane in concrete pavements. Applied Thermal Engineering. 73, 1, 2014, 1167-1174, DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.006
• 16. Graczyk M., Gajewski M., Szczerba R.: Structural analysis of airfield concrete pavement with doweled joints taking into account curling of slabs. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 15, 2, 2016, 137-155, DOI: 10.7409/rabdim.016.009
• 17. Kim M.O., Bordelon A.C., Lee N.K.: Early-age crack widths of thin fiber reinforced concrete overlays subjected to temperature gradients. Construction and Building Materials, 148, 2017, 492-503, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.099
• 18. Glinicki M.A., Jaskulski R., Dąbrowski M.: Design principles and testing of internal frost resistance of concrete for road structures - critical review. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 15, 1, 2016, 21-43, DOI: 10.7409/rabdim.016.002

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).