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Detailergebnis zu DOK-Nr. 30805

Vertikale Verformung und Ermüdung des Erdplanums als Hauptkriterien für die optimale Zusammensetzung des flexiblen Oberbaus (Orig. jugos.: Vertikalna deformacija i zamor posteljice kao osnova kriterija za optimalni sastav fleksibilne kolnicke konstrukcije)

Autoren	Z. Radojkovic
Sachgebiete	11.1 Berechnung, Dimensionierung, Lebensdauer

Ceste i mostovi 28 (1982) Nr. 11, S. 317- 330, 31 B, 2 T

Das Ziel der Arbeit war, die Einflüsse die die einzelne Parameter auf das mechanische Verhalten der flexiblen Strukturen ausüben zu ergründen und die Möglichkeit zu erörtern, wie man durch relativ einfache Verfahren zu ihrer Optimierung kommen kann. Die Forschungsarbeit beruht auf zwei parallelen komplementären Ausgangspunkten: (a) Untersuchung der relevanten Gesetzmäßigkeiten des mechanischen Verhaltens der Baustoffe und der Baustruktur unter Belastungen, die für den Oberbau typisch sind; (b) Überprüfung der Verhältnisse zwischen tatsächlichen Spannungen und Verformungen, die sich während der gesamten Exploitation entwickeln und durch wiederholte Belastungen verändern. Die Untersuchung der Bodenermüdung bezog sich auf die Wirkungen die der statische Teil der Vertikalspannung, die vertikale Komponente dieser Spannung und die Zahl des Wiederholungszyklus auf die Dauerverformungen und den Probebruch aus verdichteten kohärenten Boden ausüben. Die Änderungen der mechanischen Eigenschaften und die Festlegung der mathematischen Regelmäßigkeit des mechanischen Bodenverhaltens unter Ermüdungsbedingungen werden als Kriterien für die Optimierung der flexiblen Oberbaustrukturen angenommen. Die Schlußfolgerungen waren, das die gesamten Probeverformungen unter wiederholter Belastung während des ganzen Verlaufs den geltenden mathematischen Ausdrücken entsprechen. Falls der Spannungswert die Grenze der Prüfungsdauer überschreitet, zeigen die Proben bei verschiedener Zahl der wiederholten Belastungen Ermüdungseffekte die zu Bruch führen. Der Oberbau sollte so dimensioniert werden, daß Belastungen im Unterbau immer geringer sind als jene, die den Materialbruch verursachen. Die mathematische Formulierung des Ermüdungsgesetzes wurde auf Grund der experimental bestimmten Quasiäquivalenz für die Einwirkung der mittleren und variablen Vertikalspannung bis zum Probebruch und bedingt durch die Abhängigkeit der Dauerverformung durch Vertikalspannung von der Zahl der wiederholten Belastungen festgestellt. Alle Relationen, die mit Hilfe des Rechenprogramms erhalten wurden, sind in Diagrammen dargestellt. Durch statistische Analyse wurde die Regelmäßigkeit der Ermüdung des geprüften Bodens ermittelt und graphisch wiedergegeben. Die Berechnungsmethode für den Wert des Komplexmoduls wurde nach einer krtischen Analyse verschiedener Untersuchungen an einer großen Zahl von Mischungen in den bekanntesten Straßenbaulabors der Welt gewählt und im Flußdiagramm angegeben. Zur Erörterung der realen Spannungen und Verformungen, die sich während der insgesamten Exploitation entwickeln und ändern können, wurden mit anerkannten Theorien über mehrschichtige elastische Systeme die Möglichkeiten der Tensorbestimmung für Spannungen und Verformungen in fast endloser Masse überprüft. Das mathematische Modell wurde gemäß des historischen Verlaufs und der angenommenen Voraussetzungen bestimmt. Nach einer Vergleichsanalyse verschiedener Optimierungsmodelle hat sich der Verfasser für die allgemeinste, doch sehr komplizierte BURMISTER Lösung entschieden. Die Kriterien der Optimierung sind auf folgendes zurückzuführen: die wiederholte Belastungen auf das Erdplanum sollten auf alle Konstruktionsschichten verteilt werden, und zwar in solcher Weise, daß ihre Vertikalspannungen nie die gestattete Grenzwerte überschreiten und daß die wiederholte Belastungen in der Konstruktion selbst so verteilt sind, daß die dadurch verursachten Verformungen ständig innerhalb der für die Asphaltschicht erlaubten Grenzen bleiben. Die Richtigkeit der ausgelegten theoretischen Grundlösungen wurde durch experimentell bestätigte Annahme des mehrschichtigen elastischen Systems bewiesen, sowie durch dargestellte Korrelationen zwischen dem Verhalten der Oberbaukonstruktionen und den laboratorisch bestimmten Eigenschaften der Baustoffe. Durch Ermittlung eines zuverlässigen mathematischen Modells für den flexiblen Oberbau, die mechanische Eigenschaften der ausgewählten Baustoffe, für die Grenzwerte ihres mechanisches Widerstandes gegen Ermüdung, die geometrische Konfiguration des Systems und für die gewählten Belastungen wurde ein mechanisches Modell, das auch graphisch dargestellt ist, erhalten, um an ihm die Optimierungsmöglichkeiten zu erforschen. Das Optimierungsverfahren beruht auf der Nachforschung der funktionellen Abhängigkeit des Bruchzustandes der Konstruktion von der Größe der Vertikalspannung im Erdplanum, bzw. von seinen Verformungen. Im Aufsatz werden die Optimierungsparameter angeführt, das Verfahren graphisch dargestellt und die mathematische Formulierung der Optimierungsgleichungen erläutert. Die Optimierungsgleichungen für Spannungen und Verformungen ermöglichen die Wahl der Oberbaudicke gemäß der Anforderungen die im gegebenen Moment wichtig sind.