авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование конструкций лесовозных дорог с гибкими геотекстильными прослойками

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Оруджова Ольга Низамиевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ

КОНСТРУКЦИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ

С ГИБКИМИ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫМИ ПРОСЛОЙКАМИ

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Архангельск

2010

Работа выполнена в Северном (Арктическом) федеральном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Павлов Фридрих Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Камусин Альберт Абетдинович кандидат технических наук, профессор Борозна Анатолий Алексеевич
Ведущая организация: ОАО «Проектный институт «Севдорпроект» 163045 г. Архангельск, ул. Комсомольская, 38, корп. 1

Защита состоится 22 декабря 2010 года в 9 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д212.008.01 при ФГАОУ «Северный (Арктический) федеральный университет» (163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1220).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северного (Арктического) федерального университета.

Автореферат разослан 17 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент А.Е. Земцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие северо-западного региона Российской Федерации (на примере Архангельской области), освоение сырьевых ресурсов требует обеспечения дорожной сетью лесозаготовительных производств. Строительство и реконструкция лесовозных дорог является одной из основных задач развития отрасли, позволяющее решить проблемы ведения лесного хозяйства, охраны и защиты лесного фонда от пожаров и вредителей леса, обеспечить рост объемов заготовки и вывозки древесины на участках лесного фонда, которые ранее были недоступны, а также повысить уровень социально-экономического положения жителей лесных поселков.

Для этого потребуется большое количество различных дорожно – строительных материалов, в том числе щебеночных, песчано-гравийных, геосинтетических и других. Устройство одежды лесовозных дорог является наиболее материалоемким и дорогостоящим процессом в их строительстве, что сказывается на себестоимости лесопродукции. В сложившихся условиях дефицит дорожно-строительных материалов можно снизить за счет применения в дорожных конструкциях вторичного сырья целлюлозно-бумажной промышленности – сукон и сеток. При этом качество дорог и их надежность будет повышаться за счет укладки отработанных сукон и сеток с такими свойствами, которые будут соответствовать режимам работы конструкции.

Поэтому проведение исследований в данном направлении является актуальным.

Цель и задачи исследований.

Целью диссертационной работы является оценка возможности использования отработанных сукон и сеток в качестве геопрослоек в конструкциях лесовозных дорог, а также влияния отработанных сукон и сеток на прочность дорожных конструкций лесовозных дорог.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследований:

1. Исследовать основные параметры физических, механических и гидравлических свойств отработанных сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства.

2. Провести сравнительный анализ изменения прочности дорожной конструкции с укладкой прослойки из отработанных сукон и сеток и без её применения.

3. Предложить некоторые решения по совершенствованию дорожных конструкций с применением отработанных сукон и сеток.

4. Оценить возможное влияние отработанных сукон и сеток на окружающую природную среду.

Объект и предмет исследований. Методы исследований.

Объект исследований – лесовозные автомобильные дороги.

Предмет исследований - дорожная одежда лесовозных дорог с гибкими геопрослойками из отработанных сукон и сеток целлюлозно-бумажных производств. Поставленные задачи решались теоретически и экспериментально. При проведении теоретических исследований использованы методы математического анализа, регрессионного анализа, строительной механики, механики грунтов, а также прикладные исследования по проектированию, строительству, ремонту и эксплуатации автомобильных дорог. Исследования проводились в лабораторных и полевых условиях. Опытные данные обрабатывались методами математической статистики.

Научная новизна диссертационной работы.

В дорожном строительстве широко применяются в качестве гибких прослоек геотекстильные материалы отечественного и импортного производства. Исследование физических, механических и гидравлических свойств отработанных сукон и сеток показало, что данный материал может играть аналогичную роль в дорожных конструкциях. При этом стоимость его, как вторичного сырья значительно ниже. Отработавшие срок в целлюлозно-бумажном производстве сукна и сетки являются вторичным сырьем, частично засоренным остатками бумажных волокон и органических веществ. Такое сырье должно быть целенаправленно использовано в больших объемах. Использование отработанных сукон и сеток в дорожном строительстве позволяет одновременно использовать и утилизировать данные отходы производства. Причем разложение остатков бумажных волокон и органических веществ будет скрыто в дорожной конструкции.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований физических свойств отработанных синтетических сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства.

2. Результаты исследований механических свойств отработанных синтетических сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства.

3. Результаты исследований гидравлических свойств отработанных синтетических сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства.

4. Результаты исследований влияния отработанных синтетических сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства на прочностные показатели дорожных конструкций лесовозных дорог.

Достоверность выводов и результатов исследований.

Достоверность полученных результатов обеспечивается большим объемом выполненных экспериментальных (лабораторных и полевых) исследований с использованием современных методов математического планирования экспериментов и обработки опытных данных, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических исследований. Результаты получены с использованием современного программного обеспечения: Microsoft Office Excel 2007. Все исследования проведены в соответствии с нормативными документами, регламентирующими соответствующие испытания, и обработаны методами математической статистики. Достоверность полученных результатов обеспечивается выбором обоснованных допущений.

Практическая значимость работы.

Использование свойств отработанных сукон и сеток целлюлозно-бумажного производства в дорожных конструкциях значительно повышает прочность и работоспособность лесовозных дорог. Это открывает возможность применения на вывозке автопоездов повышенной грузоподъемности.

Отработанные сукна и сетки, как геотекстильный материал, будет более доступным для строительства лесных дорог, во-первых, по стоимости, а во-вторых, он образуется как вторичное сырье внутри основных лесных холдингов на базе целлюлозно-бумажных комбинатов.

Ресурсы отработанных сукон и сеток в Архангельской области, которые могут быть использованы для дорожного строительства, на основе данных Архангельского ЦБК, Соломбальского ЦБК, Котласского ЦБК оцениваются 49,4 тыс. м2, в год. Причем 65,6 % этого объёма по площади составляют сукна, 34,4 % - сетки. Это позволяет строить 160 км дорог с колейным покрытием из железобетонных плит или 34 - 55 км гравийных дорог с прослойками.

Апробация работы.

Основные результаты исследований и положения работы доложены на VI международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2010 г.), международной научно-технической конференции «Наука и образование-2010» (Мурманск, 2010 г.), международной молодежной научной конференции «Научному прогрессу – творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2010 г.); международной научно-технической конференции «Строительная наука – 2010: теория, практика, инновации северо-арктическому региону» (Архангельск, 2010 г.); а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета в 2007 – 2010 г.г.; были представлены на I всероссийский конкурс молодых ученых (Миасс, 2009).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций по работе, списка литературы; изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 121 первоисточник, 18 таблиц и 54 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность темы диссертационной работы, научная новизна, практическая значимость и общая характеристика работы.

В первой главе проведен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященной методам расчета, теоретическим и экспериментальным исследованиям напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций с гибкими геотекстильными прослойками, а также общие сведения о геосинтетических материалах. Определены цель и задачи диссертационного исследования.

Проектирование автомобильных лесовозных дорог с геосинтетическими материалами представляет достаточно сложную задачу, так как введение в дорожную одежду прослойки, воспринимающей высокие растягивающие напряжения, усложняет методику расчета дорожных конструкций. Все используемые в дорожной практике расчетные методы основываются на полуэмпирических зависимостях или на положениях теории упругости, где формулы выводятся для многослойных систем с изотропными слоями. Первым примером подхода к расчету, учитывающему влияние прослойки, можно считать мембранную модель упругого основания.

Большой вклад во внедрение геотекстильных материалов в нашей стране сделан учеными института СоюздорНИИ профессором д.т.н. Казарновским В.Д., инженером Львовичем Ю.М., к.т.н. Полуновским А.Г., д.т.н. Рувинским В.И., института РосдорНИИ к.т.н. Перковым Ю.Р., к.т.н. Фоминым А.П., ЦНИИС к.т.н. Бирюковой Л.М., а также учеными Пермского политехнического института профессором д.т.н. Темофеевой Л.М., института «Гипротюменнефтегаз» к.т.н. Табаковым Н.В. и другими.

В работах В.М.Трибунского рассматривалось армирование зернистого материала синтетическими прослойками применительно к конструкциям лесовозных дорог, допускающих образование колеи до 0,05 – 0,08 м. Трибунский В.М. полагал, что к нашим задачам, учитывающим влияние прослоек на прочность дорожных конструкций, наиболее близка классическая теория оболочек и предложил на ее основе практический метод решения.

В СевНИИПе С.А.Ждановым в 1970-1980-х г.г. были проведены статические и динамические исследования на полномасштабных моделях в условиях дорожно–строительного полигона для определения возможности применения нетканых синтетических материалов в конструкциях лесовозных дорог с колейным покрытием из железобетонных плит.

Исследования Л.С. Матвеенко, В.М. Ковалевского, В.М. Трибунского показали, что с применением геотекстильных материалов возможно снижение объема земляных работ до 50 % с одновременным уменьшением стоимости строительства.

Американские исследователи Л. Роуд и М.Томпсон, анализируя систему «грунт – прослойка - каменный материал», рассматривают возможности использования тканей при строительстве второстепенных дорог, возводимых на слабых основаниях. Результаты анализа данной системы показали, что значительного улучшения в распределении вертикальных деформаций и напряжений ткань не обеспечивает, но оказывает эффективное влияние на сцепление между подстилающим грунтом и каменным материалом в случае значительных остаточных деформаций основания. Таким образом, при строительстве дорог низших категорий целесообразно использование гибких прослоек. Л.Роуд и М.Томпсон, анализируя влияние гибкой прослойки на напряженно-деформированное состояние дорожной одежды с учетом нелинейности зернистого материала, пришли к выводу о незначительном влиянии арматуры на величину вертикальных напряжений и перемещений. Л.Роуд также рассмотрел иную концепцию о предварительном напряжении армирующей сетки в системе «грунт – прослойка - зернистый материал». Анализируя данную систему методом конечных элементов, учитывая нелинейность зернистого материала и грунтов земляного полотна, жесткость, модуль натяжения, ползучесть и фрикционные свойства армирующей сетки, пришел к выводу, что предварительное напряжение сетки уменьшает упругие деформации на поверхности дорожной одежды, вертикальные перемещения в земляном полотне и напряжения среза.

Согласно результатам экспериментальных исследований А. Л. Робнефф и И. С. Лои, армирующая прослойка под слоем зернистого материала значительно снижает величину нормальных вертикальных напряжений в земляном полотне и способствует повышению распределяющей способности основания, а также дает возможность снижения толщины слоя зернистого материала. Авторами подчеркивается значение модуля упругости синтетической прослойки: применение более жесткого материала дает большую экономию.

Исследования Уи. Лоя показали, что синтетический материал обладает способностью переводить в плоскость полотна напряжения, действующие в массиве в различных направлениях, воспринимать, перераспределять и выравнивать эти напряжения, снимать местные концентрации, т.е. выполнять функцию армирования, повышая распределяющую способность основания благодаря прочности на растяжение и гибкости синтетического материала. Согласно результатам лабораторных и полевых испытаний, применение тканей приводит к повышению несущей способности слабых грунтов на 18 – 60 % в зависимости от типа грунтов. Поскольку ткань не сопротивляется изгибу, необходимы значительные вертикальные деформации, при которых растянутый материал окажется способным воспринимать приложенную нагрузку.

В настоящее время общепринятой теоретической моделью дорожной конструкции с прослойкой из геосинтетического материала является модель многослойной среды, каждый слой которой является изотропным и равномерным по высоте, характеризуется толщиной, модулем упругости и коэффициентом Пуассона. Подстилающим является упругоизотропное полупространство. Влияние прослойки из геосинтетического материала проявляется увеличением общего модуля упругости на величину коэффициента усиления, который определяется двумя путями:

1. Экспериментально, методом лабораторных или полевых штамповых испытаний дорожной одежды без прослойки и с прослойкой из геосинтетического материала.

2. Теоретически, методами теории упругости слоистых сред. В этом случае прослойка из геосинтетического материала рассматривается как еще один конструктивный слой дорожной одежды, характеризующийся своей толщиной, коэффициентом Пуассона и условным модулем деформации, имеющим достаточно высокое значение.

В настоящее время получить достаточно точное решение, учитывающее упруго-вязко-пластические свойства используемых материалов, а также изменение во времени напряженного состояния многослойной конструкции в зависимости от особенностей действия нагрузки пока не представляется возможным.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований основных параметров физических свойств отработанных сукон и сеток (ОСС) целлюлозно-бумажного производства, выполнен их анализ, сравнение с геотекстильными материалами и статистическая обработка результатов испытаний.

К основным физическим свойствам геосинтетических материалов относятся размеры, поверхностная плотность и толщина. Размеры сукон и сеток индивидуальны для различных машин, поэтому варьируются в широких пределах. Все марки исследуемых отработанных сукон и сеток изготовлены из полиэфира, полипропилена, полиамида и других полимеров.

Определение поверхностной плотности производились по ГОСТ Р 50277 – 92 «Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности».

Сжимаемость обуславливает механические и гидравлические свойства геосинтетических материалов, особенно это касается нетканых геотекстилей. Поэтому толщина материала определялась под действием равномерно распределенной нагрузки. Определение толщины отработанных сукон и сеток производилось по ГОСТ Р 50276 – 92 «Материалы геотекстильные. Метод определения толщины при определенных давлениях». На рисунках 1, 2 представлены графики зависимости толщины отработанных сеток и сукон от оказываемого на них давления соответственно.

Рис. 1. График зависимости толщины отработанных сеток от оказываемого на них давления: 1 – сетка № 28; 2 – сетка № 30

Рис. 2. График зависимости толщины отработанных сукон от оказываемого на них давления: 1 - сукно LR 730; 2 - сукно SEAMEXX; 3 - сукно CAPILLAPIS;

4 - сукно HYDRO PRO; 5 - сукно TEMSEAM 9604; 6 - сукно ECOMAX 2834

По исследуемым физическим свойствам отработанные сукна и сетки могут быть использованы в качестве защитных прослоек, при разделении слоев грунта, при защите гидроизоляции.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований основных параметров механических свойств отработанных сукон и сеток ЦБП: предела прочности на растяжение и относительного удлинения при разрыве, определены условный модуль деформации (при растяжении), коэффициент изотропности по прочности, удельная разрывная нагрузка, выполнен их анализ, сравнение с геотекстильными материалами и статистическая обработка результатов испытаний.

Определение прочности на растяжение производилось по ГОСТ Р 53226-2008 «Полотна нетканые. Методы определения прочности». Прочность и деформируемость исследуемых сукон и сеток в продольном и поперечном направлениях практически одинакова. На рисунках 3, 4 представлены зависимости разрывного усилия от относительного удлинения отработанных сеток и сукон при растяжении соответственно.

Рис. 3. Зависимость разрывного усилия от относительного удлинения отработанных сеток при растяжении: 1 – сетка № 28; 2 – сетка № 30

Рис. 4. Зависимость разрывного усилия от относительного удлинения отработанных сукон при растяжении: 1 - сукно SEAMEXX;

2 - сукно LR 730; 3 - сукно HYDRO PRO; 4 - сукно TEMSEAM 9604;

5 - сукно ECOMAX 2834; 6 - сукно CAPILLAPIS



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.