The paper analyzes regularities for the distribution of temperature, moisture, stresses and strains in pavement and subgrade of the highway, located in northern part of Kazakhstan, within one year, especially during cold season. Distribution of temperature and moisture has been determined experimentally with the use of special sensors. Stresses and strains have been calculated with the use of elastic multilayer semi-space model. It has been shown that the stiffness (elasticity modulus) of asphalt concrete layers and upper part of subgrade soil increases considerably during cold winter season: up to 18000 MPa and 10000 MPa respectively. All the components of stresses and strains vary considerably in points of pavement and subgrade during the annual cycle. Variations of pavement surface deflection and horizontal stress in the bottom asphalt concrete layer are of quasi harmonic nature, and horizontal strain in this point varies under the quasi bicyclic law. Horizontal stress during the cold season is a tensile one and has the biggest value, and during hot season it changes its sign and becomes the compressive one. Horizontal strain during the whole annual cycle remains only a tensile one. The biggest variations of stresses and strains occur in the upper part of subgrade. During cold season the vertical compressive stresses and strains are the minimal ones, and in the beginning of spring they are the maximal ones.

В работе анализируются закономерности распределения температуры, влажности, напряжений и деформаций в дорожной одежде и земляном полотне автомобильной дороги, расположенной в северной части Казахстана, в течение одного года, в частности в холодный период. Экспериментальным путем с помощью специальных датчиков исследуется распределение температуры и влажности. Расчеты напряжений и деформаций выполняются с использованием математической модели упругого многослойного полупространства. Показано, что жесткость (модуль упругости) асфальтобетонных слоев и верхней части земляного полотна значительно увеличивается в зимний период: до 18000 МПа и 10000 МПа, соответственно. Все компоненты напряжений и деформаций значительно изменяются в точках дорожной одежды и земляного полотна в течение годового цикла. Изменения деформации и горизонтального напряжения в нижнем асфальтобетонном слое дорожной одежды квази-гармонического характера, а горизонтальная деформация в этой точке изменяется по квазибициклическому закону. Горизонтальное напряжение в нижнем асфальтобетонном слое в зимний период является растягивающим и имеет наибольшее значение, а в летний период меняет свой знак, т. е. становится сжимающим. Горизонтальная деформация в этом асфальтобетонном слое в годовом цикле изменяется по сложной зависимости, но остается только растягивающей. Наибольшие изменения напряжений и деформаций возникают в верхней части земляного полотна. В холодный период вертикальные напряжения и деформации являются минимальными, а в начале весеннего сезона они максимальные.

• Distribution of temperature, moisture, stress and strain in the highway
• Распределение температуры, влажности, напряжений и деформаций в автомобильной дороге
  • 1. Introduction
  • 2. Methods
    • 2.1. Experimental section
    • 2.2. Temperature and moisture sensors
    • 2.3. Deformation behavior of asphalt concretes
    • 2.4. Deformation behavior of soil
    • 2.5. Deformation behavior of pavement interlayers
    • 2.6. Calculation scheme for stresses and strains in pavement and subgrade
  • 3. Results and Discussion
    • 3.1. Temperature and moisture in subgrade and pavement
    • 3.2. Deformation behavior of asphalt concretes
    • 3.3. Deformation behavior of soil
    • 3.4. Stresses and strains in asphalt concrete layers
    • 3.5. Stresses and strains in subgrade
  • 4. Conclusions

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2017 г. (с № 5). — Электрон. журнал. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Текст: электронный

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. № 7 (83), 2018. — 1 файл (10,6 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j19-191.pdf>.