Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Продольный профиль дороги - это выполненное в определенном масштабе графическое изображение вертикальной проекции оси дороги. Продольный профиль дороги (или улицы) является изображением разреза дороги вертикальной плоскостью, проходящей через ось трассы. Продольный профиль характеризует величину проектных уклонов отдельных участков дороги и расположение ее проезжей части относительно естественной поверхности земли (рис. 1.3).
Проектная линия отдельных участков дороги характеризуется продольным уклоном i между двумя точками, т.е. отношением разницы высот h между этими точками к горизонтальному расстоянию между ними l1. Продольный уклон определяется тангенсом угла наклона α линии к горизонту:
i = tgα = h/l1 (1.1)
Величина уклона i выражается в процентах, в промилле (тысячных долях) или в относительных единицах: i = 3 %, или i = 30 ‰, или i = 0,03. Значение уклона в промилле показывает, на сколько метров повышается или понижается трасса оси дороги на протяжении 1000 м.
Подъемы считаются положительными, а спуски отрицательными уклонами.
При геодезических изысканиях измеряют не горизонтальное расстояние между двумя точками l1, а расстояние непосредственно по поверхности земли l.
Рис. 1.3. Продольный профиль автомобильной дороги
Поэтому фактически уклон вычисляется не как tgα, а как sinα:
i = sinα = h/l. (1.2)
Учитывая, что угол продольного наклона α трассы дороги не превышает обычно 3...4o, можно считать sinα tgα. Продольные уклоны дорог и улиц должны удовлетворять требованиям, соблюдение которых обеспечивает нормальные условия движения автомобиля.
Хотя современные автомобили в состоянии преодолевать на коротких сухих участках значительные подъемы, скорость движения при этом заметно снижается. При скользкой или грязной поверхности дороги скорость движения на подъеме будет еще меньше.
При проектировании продольного профиля дорог и улиц в точках пересечения соседних участков с разными уклонами образуются переломы. Близкое расстояние между переломами продольного профиля и особенно частое чередование подъемов и спусков нарушают удобство движения, так как требуют изменения режима езды, переключения передач, а иногда торможения. Поэтому желательно соблюдать возможно большие расстояния между переломами профиля.
Различают выпуклые и вогнутые переломы профиля. Выпуклые переломы нарушают плавность движения и ухудшают обзор дороги впереди движущегося автомобиля. На вогнутых переломах возникают толчки и перегрузка рессор под действием центробежной силы.
Чтобы избежать ударов, толчков и обеспечить хорошую видимость дороги, перелом продольного профиля смягчают введением вставок вертикальных кривых. Вертикальные кривые устраивают на переломах продольного профиля для плавности и безопасности движения на дорогах I, II категорий при алгебраической разности уклонов 5 ‰ и более, на дорогах III категории - 10 ‰ и более, на дорогах IV, V категорий - 20 ‰ и более.
Расстояние видимости принимается из условия расположения глаза водителя на высоте 1,2 м над осью крайней по ходу полосы движения автомобиля на расстоянии 1,5 м от бортового камня. При реконструкции дорог и улиц, а также при проектировании их в горных и стесненных условиях расстояния видимости и радиусы вертикальных кривых могут быть уменьшены в соответствии с принятой расчетной скоростью движения.
При построении продольного профиля дороги или улицы сначала вычерчивается линия естественной поверхности земли, которая называется черной линией. Черная линия соединяет между собой так называемые черные отметки естественной поверхности земли, абсолютная высота которых над уровнем моря измеряется геодезическими инструментами при изысканиях в натуре или определяется по плану местности в горизонталях.
Естественный рельеф местности, по которой трассируется дорога или улица, не соответствует обычно требованиям проектируемой линии продольного профиля, и возникает необходимость в планировке рельефа путем срезки или подсыпки грунта. Отметки точек проектируемой поверхности называются проектными или красными, а соединяющая их линия проектной или красной линией.
Проектная линия показывает положение проектируемой дороги по отношению к поверхности земли.
Разность проектных и черных отметок, вычисленная для одной и той же ординаты продольного профиля, называется рабочей отметкой. Если проектная линия лежит выше линии поверхности земли, дорога проходит в насыпи, если ниже линии поверхности земли - в выемке. Места пересечения проектной линии с линией поверхности земли называют точками с нулевыми отметками. Проектная линия состоит из горизонтальных и наклонных отрезков, соединенных вертикальными кривыми разных радиусов. Если условия местности позволяют, радиусы кривых в продольном профиле делают не менее 3000 м. Длины кривых в продольном профиле принимают следующими: выпуклых не менее 300 м, вогнутых не менее 100 м.
При проектировании дорог и улиц необходимо учитывать, что проектные отметки устанавливают по верху дорожного покрытия. Поэтому рабочие отметки для насыпей будут фактически меньше на толщину дорожной одежды, а для выемок больше на ту же величину.
Для наглядности изображения масштаб чертежа продольного профиля делают разным: горизонтальные расстояния откладывают в масштабе 50 м в 1 см, вертикальные - 5 м в 1 см.
Поперечным профилем дороги называется изображение, полученное сечением дороги вертикальной плоскостью, перпендикулярной оси дороги. Основные параметры поперечного профиля дороги приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
|
Параметры элементов дороги |
Категория дороги |
|||||
|
1-а |
1-б |
II |
III |
IV |
V |
|
|
Число полос движения |
4; 6; 8 |
4; 6; 8 |
2 |
2 |
2 |
1 |
|
Ширина полосы движения, м |
3,75 |
3,75 |
3,75 |
3,5 |
3 |
- |
|
Ширина проезжей части, м |
2×7,5 |
2×7,5 |
7,5 |
7 |
6 |
4,5 |
|
2×11,25 |
22×11,25 |
|||||
|
2×15 |
2×15 |
|||||
|
Ширина обочин, м |
3,75 |
3,75 |
3,75 |
2,5 |
2 |
1,75 |
|
Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины, м |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
0,5 |
0,5 |
- |
|
Наименьшая ширина разделительной полосы между разными направлениями движения, м |
6 |
5 |
- |
- |
- |
- |
|
Наименьшая ширина укрепленной полосы на разделительной полосе, м |
1 |
1 |
- |
- |
- |
- |
|
Ширина земляного полотна, м |
28,5; 36; |
27,5; 35; |
15 |
12 |
10 |
8 |
|
43,5 |
42,5 |
В поперечном профиле дорог вдоль проезжих частей с обеих сторон устраивают грунтовые полосы - обочины (рис. 1.4).
Обочины создают боковой упор для дорожной одежды проезжей части и используются для временной стоянки автомобилей.
Рис. 1.4. Типовые поперечные профили автомобильных дорог общей сети
России (размеры даны в метрах):
а - дороги I категории; б - дороги II категории; в - дороги III категории; г - дороги IV категории;
д - дороги V категории; 1 - обочины; 2 - дорожная одежда проезжей части
Рис. 1.5. Элементы поперечного профиля автомобильной дороги:
а - с одной проезжей частью; б - с двумя проезжими частями и разделительной полосой;
1 - внешний откос канавы; 2 - краевая укрепительная полоса; 3 - ось дороги; 4 - кромка проезжей части; 5 - бровка насыпи; 6 - внутренний откос; 7 - обочина; 8 - проезжая часть; 9 - земляное полотно; 10 - ось проезжей части; 11 - откос насыпи; 12 - разделительная полоса
Полоса земли, на которой устраивают проезжую часть и обочины, называется земляным полотном. Земляное полотно отделяется от прилегающей местности откосами или боковыми канавами, которые служат для осушения земляного полотна и отвода поверхностной воды. При устройстве земляного полотна в насыпи необходимый грунт подвозят из находящихся вблизи выемок или при его недостатке берут из закладываемых около дороги неглубоких выработок, называемых резервами. Избыточный грунт из выемок укладывают в валы, называемые кавальерами.
Важным элементом автомобильной дороги является проезжая часть, которая позволяет беспрепятственно и безопасно двигаться транспортным средствам с заданной скоростью (рис. 1.5). Проезжая часть должна занимать строго определенное положение, иметь размеры и геометрическое очертание, соответствующее требованиям дорожного движения, достаточно прочную и ровную поверхность.
Общая ширина улиц зависит от соотношения высоты застройки и расстояния между линиями застройки, от характера озеленения, ширины проезжей части, тротуара, технических зон для устройства подземных сооружений и других факторов.
Необходимая ширина проезжей части и тротуаров должна определяться в соответствии с составом и размером перспективных транспортных потоков и пешеходов в периоды максимального движения для наиболее загруженного участка. Правильное определение необходимой и достаточной ширины проезжей части имеет большое техническое и экономическое значение при планировке новых городов, а также при реконструкции существующих магистралей. Учитывая большую стоимость сооружения и эксплуатации проезжей части улицы, ее ширину делают минимальной, но достаточной для пропуска транспортных потоков, рассчитанных на отдаленную перспективу. Необходимость расширения улиц и их проезжих частей при росте движения в старых городах приводит к громадным затратам.
Чрезмерно большая ширина проезжих частей улиц не только вызывает излишние расходы на их сооружение и эксплуатацию, но приводит к неэффективному их использованию, так как пропускная способность магистралей не возрастает пропорционально ширине. Излишняя ширина перекрестков может даже вызывать снижение пропускной способности из-за увеличения длительности их пересечения автомобилями и пешеходами.
Необходимая ширина проезжей части улицы, предназначенной непосредственно для движения транспортных средств, при установленном числе полос движения складывается из суммы величин габаритной ширины расчетных транспортных единиц и суммы зазоров безопасности.
Габаритная типовая ширина может быть принята для современных троллейбусов и автобусов 2,6 м, для новых троллейбусов и автобусов 2,7 м, для грузовых автомобилей 2,5 м и легковых автомобилей 2 м.
Зазоры безопасности определяют минимально необходимое и достаточное расстояние между кузовами транспортных единиц при встречном движении, при обгоне или попутном движении, а также между кузовом и бортом тротуара или полосой для стоянки автомобилей.
При установленных Правилами дорожного движения ограничениях скорости движения легковых автомобилей по улицам городов 60 км/ч величина зазоров безопасности может быть принята примерно 0,7 м между бортом тротуара и кузовами транспортных средств, движущихся по первой полосе, и 1...1,2 м между кузовами попутных автомобилей. Ширина проезжей части городских магистралей определяется кратной 3,75 м.
Нормами проектирования автомобильных дорог установлены ширина одной полосы (ленты) движения и наименьшее число полос (лент) для улиц и дорог разного назначения (см. табл. 1.6).
На первой очереди строительства ширина проезжей части магистральных улиц может быть уменьшена при двустороннем троллейбусном движении до 10,5 м, при двустороннем автобусном движении до 9 м.
Чтобы в перспективе можно было расширить проезжую часть до полной расчетной величины, необходимо оставлять резервные полосы вдоль оси проезжей части с временным их озеленением. Осевое расположение резервных полос дает возможность расширить проезжую часть без каких-либо переустройств. Расположение же резервных полос вдоль тротуара вызывает необходимость перекладки бортов тротуара и водоприемных колодцев, изменения отметок тротуара, а иногда даже переустройства входов в здания.
Для разделения встречных потоков безрельсовых транспортных средств, отделения транзитных потоков от местного движения и изоляции транспортных и пешеходных потоков устраивают разделительные полосы.
Ширину зеленых разделительных полос вдоль тротуаров желательно принимать 3,5 м из условия посадки деревьев или кустарников в открытом грунте и возможности устройства уширения проезжей части перед перекрестком на одну полосу движения за счет обрыва зеленой полосы. Между зеленой полосой и бортом тротуара следует оставлять полосу тротуара шириной 0,75...1 м для служебного прохода и складирования снега. Наименьшая ширина разделительной полосы между проезжей частью и тротуаром 2 м.
Устройство зеленой разделительной полосы вдоль тротуара упорядочивает пешеходное движение, повышает безопасность и скорость движения транспортных средств, способствует благоустройству улицы, улучшает гигиенические условия для пешеходов и людей, живущих в домах, расположенных на магистральных улицах.
Для разделения движения по встречным направлениям между проезжими частями устраивают центральную разделительную полосу. Центральная разделительная полоса повышает безопасность и скорость движения, исключая возможность столкновения транспортных средств встречных потоков, улучшает дисциплину движения транспортных средств и пешеходов. Ширину центральной разделительной полосы следует принимать 6 м на скоростных дорогах и 4 м на магистральных улицах непрерывного движения и дорогах грузового движения.
Устройство островков безопасности на центральной разделительной полосе магистралей общегородского значения в местах переходов обеспечивает необходимое место для пешеходов, скапливающихся в ожидании зеленого сигнала светофора, и сокращает длительность желтого сигнала.
Разделительные полосы, отделяющие проезжие части от других элементов дорог и улиц, должны быть приподняты над проезжей частью на 15...20 см.
Центральные разделительные полосы могут возвышаться над проезжей частью или располагаться в одном с ней уровне с выделением двумя параллельными линиями разметки, нанесенными на дорожное покрытие белой краской.
В сложном рельефе при расположении дороги на косогоре проезжие части каждого направления могут быть расположены на разной высоте с устройством разделительной полосы на откосе. Такое решение существенно уменьшает объем земляных работ, приближая к естественному рельефу расположение проезжих частей каждого направления.
В целях уменьшения стоимости искусственных сооружений допускается не устраивать (или уменьшать ширину) разделительных полос на мостах, эстакадах, путепроводах и в тоннелях. Наименьшая ширина полосы, предназначенной только для разделения движения по направлениям и служебного прохода, 1,2 м. Учитывая неравномерное распределение больших транспортных потоков в разные часы суток по направлениям движения, целесообразно предусматривать устройство передвижных разделительных полос.
На скоростных дорогах, а также на магистральных улицах общегородского значения с интенсивным движением и фронтальной застройкой проезжие части местного движения отделяются от основных проезжих частей транзитного движения разделительными
полосами шириной не менее 3 м на скоростных дорогах и магистралях с непрерывным движением и 6 м на магистральных улицах общегородского значения с регулируемым движением.
Наименьшая ширина палисадников перед многоэтажными зданиями 6 м, одноэтажными - 4 м, причем расстояние от наружных стен зданий не должно быть менее 5 м до осей стволов деревьев и уклонами в пределах 5...50 ‰. Ширина газонов устанавливается с учетом возможности складывания снега, а также размещения под ними подземных инженерных сетей.
На дорогах и улицах, ведущих к паркам, стадионам, пляжам, выставкам, промышленным предприятиям, загородным магистралям, в пригородные районы и зоны отдыха, проектируется устройство велосипедных дорожек. Ширина велосипедных дорожек должна быть не менее 1,5 м для движения в один ряд и 2,5 м для движения в два ряда в одном направлении.
Пропускная способность при движении в один ряд составляет 300 вел./ч. Велосипедные дорожки отделяют от тротуара полосой кустарника шириной 1,2 м, а от проезжей части - 0,8 м.
Продольные уклоны для велосипедных дорожек принимают не менее 4 ‰ и не более 50 ‰, поперечные уклоны - 15...25 ‰.
Ширина тротуаров определяется в соответствии с размерами движения пешеходов в оба направления, принимая ширину одной полосы движения 0,75 м и ее расчетную пропускную способность 1000 чел./ч на тротуарах и дорожках, ограниченных зелеными насаждениями. Пропускная способность тротуаров у застройки с магазинами снижается до 700 чел./ч по одной полосе движения, у застройки, отделенной зелеными полосами, до 800 чел./ч, а на прогулочных дорожках и аллеях до 600 чел./ч.
Свободную ширину тротуаров следует принимать не менее следующих значений:
4,5 м на магистральных улицах общегородского значения;
3 м на магистралях районного значения;
2,25 м на жилых улицах;
1,5 м на дорогах местного значения промышленных и коммунально-складских районов, а также местных проездах.
В свободную ширину тротуаров входит только пространство, предназначенное непосредственно для движения пешеходов. При размещении в пределах тротуара и пешеходных дорожек мачт наружного освещения, опор контактного провода трамвая или троллейбуса и других препятствий для движения пешеходов минимальная ширина тротуаров увеличивается на ширину соответствующих препятствий (0,5...1,2 м).
В местах массовой концентрации пешеходов: вблизи стадионов, входов в городские парки, выставки, у вокзалов, станций метрополитена, театров и кинотеатров, крупных универмагов и других пунктов - ширина тротуаров определяется расчетом в соответствии с максимальными размерами движения пешеходов.
Тротуары проектируют выше проезжей части на 15 см, ограждая их бортовыми камнями и придавая им поперечный уклон в сторону проезжей части 10...15 ‰. Продольные уклоны тротуаров не должны превышать 60 ‰. При больших уклонах тротуары и пешеходные дорожки устраивают с лестницами на отдельных участках. Общая ширина улиц определяется в соответствии с их типовыми поперечными профилями и входящими в них элементами.
На городских скоростных дорогах, ширина проезжей части которых вместе со служебными тротуарами занимает только 20...30 м, для изоляции застройки от шума и пыли устраивают полосы шириной не менее 50 м с массивным озеленением деревьями и кустарниками.
Общая ширина территории, занимаемой скоростной дорогой при наличии жилых районов с обеих сторон, составляет при таком решении примерно 130...180 м с учетом устройства тротуаров, местных проездов и зеленых полос (рис. 1.6, а). При наличии жилых районов только с одной стороны скоростной дороги ширина занимаемой ею территории сокращается до 80...105 м.
Для сооружения пересечений в разных уровнях без ухудшения продольного профиля скоростной дороги ее проезжую часть устраивают в выемке глубиной 3...5 м. Откосы или подпорные стенки выемки служат одновременно экраном, несколько ограничивающим распространение шума.
Для съезда на скоростную дорогу и выезда с нее у пересечений в разных уровнях устраивают боковые съезды (пандусы), связывающие скоростную проезжую часть с местными проездами. Общая ширина территории, занимаемой скоростной дорогой
Рис. 1.6. Поперечные профили городских скоростных дорог
(размеры даны в метрах):
а - в одном уровне; б - в выемке
в выемке с учетом пандусов и откосов, составляет примерно 110...130 м (рис. 1.6, б).
Магистральные улицы общегородского значения с непрерывным движением с устройством всех пересечений в разных уровнях имеют ширину на перегонах в крупных городах 55...73 м (рис. 1.7).
Ширина магистралей непрерывного движения при небольших потоках может быть принята 55 м при сужении ширины тротуаров до 4,5 м и ширины местных и транзитных проезжих частей до двух лент в каждом направлении по 7 м.
При ширине проезжей части в тоннеле с тремя полосами движения в одном направлении по 4 м каждая общая ширина магистралей достигает 73 м.
Магистральные улицы общегородского значения с регулируемым движением на перекрестках в крупных городах могут быть шириной 50...60 м.
При устройстве местных проездов, отделенных от транзитной проезжей части застройкой шириной 6 м, общая ширина магистрали увеличивается до 70...80 м.
———←→
Рис. 1.7. Поперечные профили магистральных улиц общегородского значения с непрерывным движением (а - в) и с разными размерами движения (г - ж) (размеры даны в метрах):
а - на подходах к тоннелям; б - на подходах к эстакадам; в - между пересечениями в разных уровнях; г, д, е - с небольшими, средними и значительными размерами движения соответственно; ж - с местными проездами
Трамвайная линия на обособленном полотне располагается между транзитным и местным проездами.
Если необходимо предусмотреть полосу разделения между тротуаром и застройкой по 6 м с каждой стороны, общая ширина
магистрали может быть увеличена на 12 м.
Ширина поперечного профиля магистральных улиц при потоках может быть уменьшена до 32 м с устройством проезжей части шириной 16 м, тротуаров - 4,5 м, зеленых полос - 3,5 м.
Поперечные профили магистральных улиц районного значения (рис. 1.8) проектируют шириной 24...41 м в зависимости от расположения застройки прилегающих жилых образований и наличия или отсутствия зеленых насаждений между тротуаром и красной линией. Зеленые полосы могут также располагаться в отступах застройки.
Жилые улицы в районах многоэтажной застройки с выделением полос для остановок автомобилей и палисадников у застройки могут иметь ширину 33...35 м, а без палисадников - 21...23 м.
В районах малоэтажной и усадебной застройки ширина жилых улиц с подземными водостоками может быть уменьшена до 15 м с одним рядом деревьев.
По нормам проектирования ширина улиц в пределах красных линий установлена не менее следующих значений:
Рис. 1.8. Поперечные профили магистральных улиц районного значения
(а, в) и жилых улиц (б, г):
а, б - с зелеными полосами у застройки; в, г - без зеленых полос
75 м для магистральных улиц общегородского значения непрерывного движения;
60 м для регулируемого движения;
35 м для магистральных улиц районного значения;
25 м для улиц местного движения при многоэтажной застройке,
15 м - при малоэтажной застройке при соблюдении установленных санитарных разрывов между зданиями.
Значения поперечных уклонов проезжих частей улиц и дорог принимают в зависимости от продольных уклонов и типа дорожных покрытий. Величина их изменяется от 15...25 ‰ для относительно гладких асфальтобетонных и цементобетонных покрытий до 20...30 ‰ для покрытий из брусчатки, мозаики и сборных бетонных или железобетонных плит. В планировочных проектах поперечный уклон проезжих частей принимают обычно усреднено 20 ‰.
Земляное полотно - конструктивная часть дороги, выравнивающая неровности рельефа местности, служит основанием для дорожной одежды. Земляное полотно можно устраивать в насыпях и выемках; к нему относятся устройства и сооружения, предназначенные для отвода поверхностных и грунтовых вод.
Боковые поверхности земляного полотна, представляющие собой наклонные плоскости, называют откосами. Линию пересечения поверхности откоса с поверхностью земли для насыпи называют подошвой откоса, а для выемки - верхней бровкой откоса.
Крутизну откосов земляного полотна назначают из соображений их устойчивости под действием собственной массы и транспортных средств, а также под влиянием атмосферных факторов, с учетом требований безопасности дорожного движения и удобства производства земляных работ, условий незаносимости снегом или песком.
Конструкция земляного полотна зависит от категории дороги, типа дорожной одежды, природных условий и необходимости обеспечения движения транспортных средств с высокими расчетными скоростями.
Для устройства насыпей можно использовать грунты, состояние которых под влиянием природных факторов практически не меняется или меняется незначительно, не влияя на прочность и устойчивость земляного полотна: скальные или слабо- и легковыветривающиеся неразмягчаемые горные породы, крупнообломочные, песчаные (за исключением мелких недренирующих и пылеватых песков) породы, легкие крупные супеси. Устойчивость земляного полотна также зависит от правильного расположения разных грунтов в насыпи, их влажности и плотности.
Для повышения несущей способности слабого основания земляного полотна применяют синтетические материалы, укладывая их на грунт перед возведением насыпи. Такие материалы используют также для обеспечения проезда дорожных машин на участках слабых грунтов при малой толщине насыпного слоя из дренирующих материалов; для предохранения зернистых материалов от перемешивания с переувлажненными глинистыми грунтами основания; в качестве фильтра для защиты дренажных конструкций, морозозащитных и дренирующих слоев от заиливания.
Типовые поперечные профили земляного полотна приведены на рис. 1.9.
На дорогах I категории предусмотрены профили для четырех- и шестиполосного движения с разделительной полосой шириной соответственно 12,5 (13,5) и 5 (6) м. Предусмотрены поперечные профили насыпей высотой до 12 м, выемок глубиной 12 и 16 м в скальных слабовыветривающихся породах.
Для дорог I, II категорий разработаны поперечные профили насыпей высотой до 2 м и выемок глубиной до 1 м. Поперечные профили выемок глубиной до 1 м для дорог всех категорий запроектированы в виде разделанных под насыпь и раскрытых выемок.
Около дорог I - IV категорий при высоте насыпи 1 м предусмотрены боковые канавы-лотки или резервы при сплошном дренирующем слое, около дорог I - III категорий - продольный трубчатый дренаж. Независимо от глубины выемки и высоты насыпи в нескальных грунтах для дорог I - III категорий разработаны поперечные профили, как со сплошным дренирующим слоем, так и с продольными трубчатыми дренами, а для особых условий - канавы-траншеи.
Различают поперечные профили земляного полотна обтекаемого и необтекаемого очертания. Земляное полотно обтекаемого очертания способствует наименьшей заносимости дороги снегом, повышению безопасности дорожного движения и лучше вписывается в окружающий ландшафт. Полотно обтекаемого профиля выполняют во всех случаях. Исключение делается для стесненных условий или при проложении дороги по ценным сельскохозяйственным угодьям.
Как правило, насыпи возводят преимущественно из грунтов выемок и сосредоточенных резервов. Если дорога проходит по малоценным угодьям, используют грунт из боковых резервов, глубину которых не разрешается делать более 1,5 м. Излишний грунт из выемок при целесообразной дальности транспортирования можно использовать для уменьшения крутизны откосов земляного полотна, устройства съездов, площадок отдыха, автобусных остановок.
Дорожной одеждой называют многослойную конструкцию, устраиваемую на проезжей части для удобного и безопасного движения транспортных средств с расчетной скоростью. Дорожная одежда состоит из дорожного покрытия, основания и дополнительных слоев (рис. 1.10).
Дорожное покрытие - верхний, наиболее прочный слой дорожной одежды, непосредственно воспринимающий нагрузку от транспортных средств. Дорожное покрытие может быть одно- и двухслойным.
Рис. 1.9. Типовые поперечные профили земляного полотна:
а, б - дорог I категории; в, г - дорог II категории; д - дорог III, IV категорий; е - дорог V категории; ж - дорог в выемке; В - ширина земляного полотна; b - ширина проезжей части; d - ширина разделительной полосы; d1 - ширина укрепления; с - ширина обочины; с1 - ширина дренажа; с2 - ширина укрепительной полосы; с3 - ширина укрепленной обочины; 1: т - уклон откоса; Н - глубина выемки; R - радиус
Рис. 1.10. Дорожная одежда:
1 - слой износа; 2 - верхний слой дорожного покрытия; 3 - нижний слой дорожного покрытия;
4 - основание; 5 - дополнительный слой; 6 - подстилающий грунт
Верхний слой дорожного покрытия благодаря ровной поверхности обеспечивает необходимые транспортно-эксплуатационные качества дороги. Верхний слой дорожного покрытия подвергается непосредственному воздействию колес транспортных средств и атмосферных факторов, поэтому его устраивают из прочных каменных материалов с применением вяжущих.
При малой интенсивности движения дорожные покрытия устраивают из местного грунта, обработанного вяжущим. Для повышения прочности на дорожных покрытиях из слабых каменных материалов устраивают тонкий слой износа из более прочных материалов, называемый защитным.
Основание - несущая часть дорожной одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, укрепленных вяжущим. Основание вместе с дорожным покрытием передает давление от транспортных средств на расположенные ниже дополнительные слои, а при их отсутствии - непосредственно на грунт земляного полотна.
Дополнительные слои располагают между основанием и грунтом земляного полотна. Дополнительный слой оснований может быть дренирующим, выравнивающим, противозаиливающим, морозозащитным.
Верхний слой земляного полотна, или подстилающий грунт, представляет собой тщательно уплотненный слой, на котором устраивают дорожную одежду. Подстилающий грунт должен быть достаточно прочным; в ряде случаев его укрепляют вяжущим.
Все конструкции дорожных одежд принято подразделять по сопротивлению изгибу на жесткие (цементобетонные) и нежесткие.
По конструкции слои дорожной одежды бывают из сыпучих материалов, уплотненных катками и движением транспортных средств, набирающие прочность в результате уплотнения и развития сил трения (расклинки), удерживающих отдельные частицы в слое; из асфальтобетонных и цементобетонных смесей, образующих монолит после укладки, уплотнения и твердения; сборные цементобетонные покрытия из плит.
Важной характеристикой дорожной одежды является ее технологичность, т.е. свойство, позволяющее использовать наиболее экономичные технологические приемы, комплексную механизацию и поточный метод.
Типы дорожных покрытий регламентированы СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги» исходя из категории дороги, следовательно, интенсивности движения и нагрузок транспортных средств (рис. 1.11).
На дорогах I, II категорий (в ряде случаев III и IV) устраивают усовершенствованные дорожные покрытия капитального типа цементобетонные (монолитные и сборные); асфальтобетонные из смесей, укладываемых в горячем состоянии; мостовые из брусчатки
и мозаики на бетонном или каменном основании; из смесей подобранного состава, обработанных битумом, с применением прочного щебня и вязкого битума.
Рис. 1.11. Конструктивные слои одежд для автомобильных дорог I (а - в),
II (г - е), III (ж - и), IV (к - н) категорий:
а - цементобетонные монолитные и сборные; б - асфальтобетонные из горячих и теплых смесей; в - мостовые из брусчатки, мозаики на каменном или бетонном основании; г - щебеночные из прочных щебеночных материалов подобранного состава с минеральным порошком или без него, обработанные в смесителе вязкими органическими вяжущими; д - щебеночные (гравийные), обработанные по способу пропитки; е - из холодного асфальтобетона; ж - из грунтов, обработанных в установке вязким битумом;
з - щебеночные (гравийные), шлаковые; и - грунтовые и из местных слабых материалов, обработанных органическими вяжущими; к - мостовые из булыжного или колотого камня;
л - грунтовые, укрепленные местными скелетными материалами (гравием, щебнем и др.);
м - грунтовые подобранного гранулометрического состава; н - грунтовые неукрепленные;
1 - дорожное покрытие; 2 - основание; 3 - дополнительный слой основания; 4 - грунтовое основание
Смеси приготовляют в асфальтосмесительных установках на асфальтобетонном заводе.
На дорогах III -V категорий при стадийном строительстве и на дорогах II, III категорий устраивают усовершенствованных облегченные дорожные покрытия: из горячих асфальтобетонных смесей, укладываемых в разогретом состоянии (кроме I дорожно-климатической зоны); из холодных асфальтобетонных смесей, укладываемых в холодном состоянии; устраиваемые по способу пропитки, полупропитки, смешения на дороге.
К усовершенствованным облегченным отнесены также дорожные покрытия из прочного щебня (не содержащего зерен мельче 5 мм), обработанного битумом (дегтем) в
установке, а также способом пропитки или полупропитки; из крупнообломочных материалов (с размером фракций до 40 мм); из песчаных или супесчаных грунтов, обработанных битумной эмульсией с цементом с обязательным устройством поверхностной обработки.
На дорогах IV, V категорий, а при строительстве дорожных одежд в несколько стадий и на дорогах III - V категорий на первой стадии применяют дорожные покрытия переходного типа:
щебеночные, гравийные, шлаковые, не обработанные вяжущим;
из грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими с добавкой или без добавки активных веществ;
мостовые из булыжного и колотого камня.
Дорожные покрытия низшего типа устраивают на дорогах V категории и на внутрикарьерных дорогах при стадийном устройстве дорожных одежд и на дорогах IV категории при первой очереди строительства. К дорожным покрытиям низшего типа относятся грунты, укрепленные или улучшенные разными местными скелетными материалами, покрытия лежневые, бревенчатые, сплошные и колейные.
1.4. Дорожный водоотвод
Водой, проникающей в земляное полотно дороги, осуществляется размягчение грунта, сильно снижающее способность земляного полотна к восприятию нагрузок. На рис. 1.12 показаны источники увлажнения земляного полотна.
Для защиты земляного полотна от разрушительного действия поверхностного стока или от капиллярного поднятия грунтовых вод устраивают водоотводные сооружения.
Совокупность сооружений для сбора, задержания, отвода воды от земляного полотна и пропуска ее через полотно составляет систему дорожного водоотвода.
Для отвода поверхностного стока проезжей части и обочинам придают выпуклые очертания. Для ускорения отвода воды от земляного полотна, устроенного в виде небольшой насыпи,
Рис. 1.12. Источники увлажнения земляного полотна:
1 - подземная грунтовая вода; 2 - вода в кюветах; 3 - атмосферные осадки;
ГГВ - горизонт грунтовых вод
устраивают боковые канавы - кюветы.
Отвод поверхностных вод, обеспечивающий устойчивость и сохранность земляного полотна автомобильных дорог, осуществляется также резервами, нагорными канавами, лотками.
На местности с поперечным уклоном 2 ‰ при высоте насыпей менее 2 м, на участках с меняющимся поперечным уклоном, а также на болотах продольные водоотводные канавы устраивают с обеих сторон насыпей. При явно выраженном поперечном уклоне местности, когда поступление воды к земляному полотну возможно только с верховой стороны, канавы устраивают только с нагорной стороны.
В обводненных и переувлажненных грунтах, не способных удерживать откосы, применяют продольные лотки, обеспечивающие осушение земляного полотна и пропуск расчетного расхода воды. На нагорных участках устраивают перепады, быстротоки и гасители энергии - водобойные колодцы, стенки.
Выпуск воды из канав, кюветов и лотков в пониженные места рельефа допускается в случаях, когда это не сможет вызывать заболачивания местности и застоя воды у земляного полотна.
Дренажные устройства предназначены для защиты земляного полотна от действия грунтовых вод и поверхностного стока. Дренажные устройства служат для прерывания и преграждения доступа воды к земляному полотну снизу, сбора и отвода поверхностного стока с откосов выемки, понижения уровня грунтовых вод в основании земляного полотна, перехвата и отвода грунтовых вод, поступающих к дороге со стороны, а также сброса поверхностного стока в местах с необеспеченным отводом.
Дренажные устройства применяют в случаях недостаточного возвышения низа дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод или над поверхностью земли на участках, когда грунтовые воды могут нарушить прочность и устойчивость земляного полотна.
Необходимость в понижающих устройствах зависит от гидрологических условий, рельефа местности, их влияния на прочность и устойчивость земляного полотна.
Дренажные устройства выполняют в виде капилляропрерывающих прослоек, откосных присыпных и врезных дренажей. Капилляропрерывающие прослойки в основании насыпи устраивают по типу поглощающих, дренирующих и изолирующих прослоек.
Водоотводные сооружения, как правило, устраивают одновременно с возведением земляного полотна.
1.5. Искусственные сооружения на автомобильных дорогах
На автомобильных дорогах строят водопропускные трубы, мосты, эстакады, путепроводы, тоннели, подпорные и защитные стены. Из этих сооружений наиболее распространены водопропускные трубы и малые мосты. Меньшее распространение получили лотки - сооружения для пропуска воды переливом через земляное полотно.
Водопропускные трубы (рис. 1.13) представляют собой простейшие водопропускные сооружения, которые предназначены для пропуска небольших объемов воды. Их устраивают на пересечениях автомобильной дорогой небольших ручьев, оврагов, лощин, по которым вода стекает только в период дождей и таяния снега; при этом исключено сужение проезжей части и не требуется изменение типа дорожного покрытия. Водопропускные трубы бывают круглого и прямоугольного сечения с отверстием не менее 0,75 м, многоочковые из уложенных рядом нескольких труб (обычно не более четырех). Применяют также водопропускные трубы из стальных гофрированных листов.
Круглая водопропускная труба состоит из следующих элементов: фундамента, основных звеньев и оголовков, поддерживающих откосы насыпи и обеспечивающих плавный вход воды в трубу и выход из нее.
Рис. 1.13. Водопропускная труба:
1 - коническое звено трубы; 2 - звенья; 3 - портальный блок оголовка; 4 - лоток из монолитного бетона;
5 - песчано-гравийная подготовка; 6 - щебеночная подготовка; 7 - блоки фундамента
Рис. 1.14. Искусственные сооружения на автомобильных дорогах:
а - балочный мост с ездой поверху; б - мост со сквозной фермой (езда понизу); в - арочный мост; г - арочно-консольный мост; д - рамный мост; е - висячий мост; ж - мост комбинированной системы (безраспорная арка с балкой жесткости - затяжкой); з - водопропускная труба; и - схема мостового перехода;
1 - настил (подход к мосту); 2 - пролетное строение; 3 - устой; 4 - опора; 5 - мост; 6 - струенаправляющая дамба; 7 - регуляционное сооружение
Звенья представляют собой отдельные короткие отрезки, которые доставляют с заводов, производящих железобетонные изделия.
Мосты бывают пешеходные, железнодорожные, автодорожные. В ряде случаев мосты строят совмещенными для пропуска автомобильного и железнодорожного транспорта одновременно. При этом движение обоих видов транспорта обеспечивают в одном или разных уровнях, а для пешеходов устраивают тротуары. В зависимости от условий службы мосты могут быть высоководные, разводные, наплавные.
Существуют мосты (рис. 1.14) с ездой поверху - проезжая часть расположена по верху пролетных строений; с ездой понизу - проезжая часть расположена по низу пролетных строений; с ездой посередине - проезжая часть расположена в пределах высоты пролетных строений.
Различают мосты одно- и многопролетные. Однопролетные мосты не имеют промежуточных опор, у мостов многопролетных их несколько.
Сумма расстояний между внутренними гранями опор называется отверстием моста. Строительной высотой моста называется расстояние от поверхности дорожного полотна на мосту до самых нижних частей пролетных строений.
Различают основные конструкции мостов: балочные, арочные, рамные, висячие.
В балочных мостах пролетное строение представляет собой балку, лежащую на опорах.
В арочных мостах арка криволинейной конструкции опирается своими концами на опоры.
В рамных мостах пролетные строения жестко связаны с опорами, которые имеют шарнирное соединение с основаниями. В конструкциях рамных мостов пролетные строения работают совместно с опорами, что позволяет облегчить конструкцию моста.
В висячих мостах пролетные строения подвешивают к гибкой цепи, укрепленной на высоких стойках опор. Концы гибкой цепи заделывают в специальные анкеры. Висячими мостами перекрывают большие и судоходные реки.
Искусственные сооружения строят из железобетона, металла, бетона и дерева. Возможна комбинация этих материалов.
Габаритом моста называется предельное поперечное очертание, за пределы которого не должны выступать элементы конструкции моста (рис. 1.15).
Рис. 1.15. Габариты мостов на автомобильных дорогах:
а - для мостов с ездой поверху; б, в - для мостов с ездой понизу и под путепроводами и эстакадами при отсутствии разделительной полосы и наличии разделительной полосы соответственно; г - по новому проекту;
Г - габарит (ширина) моста; Т - ширина тротуара;
С - ширина разделительной полосы; Н - габарит моста по высоте
Габарит моста обозначают буквой Г и числом, соответствующим ширине проезжей части в пределах моста в метрах. На дорогах I категории при наличии разделительной полосы к величине габарита добавляют ширину этой полосы, обозначаемую буквой С.
Тротуары на мостах устраивают в зависимости от наличия пешеходного движения шириной не менее 1 м. Если пешеходного движения нет, вместо тротуаров устраивают защитные полосы с каждой стороны проезжей части шириной по 0,25 м.
Для расчета мостов и водопропускных труб временная вертикальная нагрузка от колонны транспортных средств принимается в виде колесных нагрузок Н-30 и НК-80, а для деревянных мостов - Н-10 и Н-60.
Комплекс сооружений на пересечении автомобильной дороги водных и других препятствий называется мостовым переходом.
В мостовой переход входят мост, подходы, незатопляемые насыпи. Мостовой переход располагают в пределах полной ширины возможного разлива воды на повышенных частях речной долины - поймы, которая затопляется периодически во время стока талых вод или в некоторых районах при особенно сильных ливнях. Наиболее глубокая часть долины, по которой сток осуществляется круглогодично, называется руслом реки.
Переходы через водотоки классифицируют по типам искусственных сооружений. Для пересечения водотока могут быть применены мост, тоннель, паром.
В горной местности для пересечения ущелий или оврагов глубиной более 20...25 м строят виадуки, которые служат не только для пропуска воды, но и заменяют насыпь там, где ее устраивать очень трудно или даже невозможно.
Для пересечения улицы, железной или автомобильной дороги сооружают путепровод. Длинные путепроводы, построенные для того, чтобы поднять дорогу на определенный уровень и оставить под ним пространство для проезда или других целей, называют эстакадами.
1.6. Обустройство автомобильных дорог
Обустройство дорожной полосы включает в себя посадку зеленых насаждений, устройство велосипедных и пешеходных дорожек, площадок отдыха и обзора, стоянок автомобилей, создание противоветровых устройств, установку рекламных щитов.
Зеленые насаждения применяют для снегозадержания, декоративных целей и осушения переувлажненных территорий. Зеленые насаждения бывают в виде живых изгородей, лесных полос, придорожных плодово-ягодных садов.
Очень важно, чтобы водителям автомобилей и автобусов после нескольких часов работы предоставлялась возможность получения кратковременного отдыха. Для этого устраивают площадки отдыха, как правило, вне населенных пунктов, в тиши лесов, на берегах рек и озер.
В районах, где дуют сильные ветры, на дорогах целесообразно создавать противоветровые устройства. Сильным ветром может быть вызвана авария автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч и более.
Рост интенсивности и скорости движения автомобилей требует обустройства проезжей части и обочин полосами безопасности, бордюрами, колесоотбойными брусьями, краевыми полосами и т. п.
Краевые полосы четко обозначают кромку проезжей части и несколько уширяют крайние полосы движения. Краевая полоса должна укреплять кромку дорожного покрытия, отличаться от нее по цвету и служить переходом от дорожного покрытия к обочине. Ширина краевой полосы составляет 0,5...0,75 м.
Случайный заезд автомобиля на размокшую грунтовую обочину часто приводит к дорожно-транспортным происшествиям. Чтобы избежать этого, обочину необходимо укреплять.
Для повышения безопасности дорожного движения устанавливают дорожные знаки, бордюры безопасности, ограждения, сигнальные направляющие столбики, выполняют разметку дорожных покрытий.
Особым мероприятием является освещение автомобильных дорог. Ночью, как правило, возникает больше дорожно-транспортных происшествий, чем днем, хотя интенсивность движения ночью меньше. Освещение дорог резко снижает число дорожно-транспортных происшествий.
Совершенствование эксплуатации дорог при большой интенсивности движения в современных условиях возможно только при создании систем управления и регулирования дорожного движения.
Современные достижения электроники позволяют использовать приборы для сбора информации о движении, управлять транспортным потоком в пределах отдельных участков или сети дорог, задавая оптимальные режимы движения.
Для правильного и своевременного проведения работ по содержанию и ремонту дорог, инженерных сооружений, организации управления и регулирования дорожного движения необходимо точно знать условия и дорожную обстановку.
Для этого дорожные организации должны создавать метеорологические, противолавинные и другие станции, устанавливать приборы для определения скорости и интенсивности движения, износа дорожных покрытий, ровности проезжей части, оценки водно-теплового режима земляного полотна, предупреждения о гололеде, тумане и др.
Контрольные вопросы
12. Какими основными параметрами характеризуется поперечный профиль дороги?
ГЛАВА 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО
СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
2.1. Факторы, влияющие на работу и состояние автомобильной дороги
На состояние автомобильной дороги влияет много факторов, которые должны учитываться при ее проектировании и организации работ по ремонту и содержанию. После ввода в эксплуатацию на дорогу одновременно воздействуют нагрузки от проходящих транспортных средств, грунтовые и поверхностные воды, природно-климатические факторы, а также хозяйственная деятельность людей в районе проложения дороги.
Строительство любой автомобильной дороги способствует экономическому развитию районов, по которым она проходит:
появляются новые населенные пункты, предприятия;
активизируется и совершенствуется хозяйственная деятельность, социальная и культурная жизнь существующих населенных пунктов;
улучшается связь между населенными пунктами, районами и областями.
Все это приводит к росту интенсивности движения и нагрузок на дорогу, в результате чего ускоряется ее износ.
Автомобильная дорога должна быть, прежде всего, устойчивой к воздействию нагрузок от транспортных средств, для пропуска которых она предназначена. Нагрузки от транспортных средств являются динамическими. Действие таких нагрузок особенно опасно для дорожной одежды в период сильного переувлажнения ее основания и земляного полотна. В связи с этим для предупреждения разрушения дорожной одежды в весенний период на дорогах низших категорий ограничивают проезд тяжелых грузовых автомобилей до полного высыхания низа дорожной одежды.
Дороги I - III категорий должны обеспечивать проезд в любое время года. Недостаточная прочность земляного полотна дорожной одежды и плохое качество материалов отдельных ее слоев приводят при динамическом воздействии нагрузки к снижению ровности дорожного покрытия, появлению на нем волн и выбоин. Все это вызывает значительное снижение скоростей движения.
Отрицательное влияние на устойчивость верхнего слоя дорожного покрытия оказывает процесс резкого торможения большегрузных автомобилей. Примером такого отрицательного воздействия являются волны (гребенка) на автобусных и особенно троллейбусных остановках.
Основное негативное воздействие на дорогу оказывает вода. Переувлажнение низа дорожной одежды и земляного полотна приводит к быстрому разрушению дороги и нарушению нормального транспортного процесса. Замерзающая вода разрушает верхние слои дорожного покрытия. Поэтому одной из основных задач дорожников является обеспечение отвода от дороги как поверхностных, так и грунтовых вод. Сохранность дороги зависит от эффективности работы всей системы водоотвода.
Устойчивость конструктивных элементов дороги также зависит от природно-климатических условий района проложения дороги. Наиболее подвержены природно-климатическому воздействию грунтовые дороги и плохо уплотненные щебеночные и гравийные дорожные покрытия, несущая способность которых резко уменьшается при их переувлажнении. Туман, гололед, снежные заносы, паводки резко ухудшают транспортно-эксплуатационные качества дорог и даже могут прервать проезд по ним.
В районах с жарким климатом, высокой температурой на поверхности дорожного покрытия, доходящей иногда до 70...80° С, асфальтобетон размягчается, а в результате проезда транспортных средств происходит деформация верхнего слоя дорожного покрытия, снижается ровность, резко меняются сцепные качества дорожного покрытия. Поэтому при проектировании и эксплуатации автомобильных дорог должно детально учитываться влияние природно-климатических условий.
Одновременное влияние всех факторов, воздействующих на дорогу, особенно заметно сказывается на изменениях, происходящих в дорожной одежде вследствие старения битума, усталости материалов, изменений водно-теплового режима дорожных конструкций и др.
2.2. Основные транспортно-эксплуатационные показатели автомобильной дороги
Транспортно-эксплуатационное состояние дороги характеризуется комплексом показателей, от которых зависит эффективность работы, как автомобильной дороги, так и автомобильного транспорта.
Можно выделить следующие группы переменных во времени показателей, характеризующих транспортную работу автомобильной дороги, технико-эксплуатационные качества дорожной одежды и земляного полотна, общее состояние автомобильной дороги и условия движения по ней, эффективность транспортной работы дороги.
К первой группе показателей относятся интенсивность, состав и объем движения, пропускная и провозная способность автомобильной дороги, скорость движения и время сообщения.
Интенсивность движения N, авт./ч или авт./сут, - число автомобилей, проходящих через некоторое поперечное сечение автомобильной дороги за единицу времени (час, сутки). Интенсивность движения является очень важным и сложным показателем, изменяющимся во времени (в течение часа, суток, недели, месяца и года). В зависимости от интенсивности движения устанавливают категорию автомобильной дороги, выбирают сроки выполнения ремонта дороги и мероприятия по организации дорожного движения.
Объем движения - суммарное число автомобилей, проходящих через данный участок дороги за определенный период времени, измеряемый путем непрерывных наблюдений.
Состав движения (транспортного потока) р, %, - распределение в процентном отношении всего транспортного потока по видам транспортных средств (легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили: тяжелые, средние, легкие). Состав движения зависит от района проложения дороги, наличия промышленных предприятий, дня недели и сезона. Состав движения оказывает существенное влияние на выбор мероприятий по организации дорожного движения.
Грузонапряженность дороги (брутто) Q, т/год или т/сут, - суммарная масса грузов и транспортных средств, проходящих по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени.
Грузонапряженность дороги (нетто) - общая масса грузов, перевозимых по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени и на единицу пути. Показатель грузонапряженности дороги чаще всего применяют для оценки работоспособности дорожной одежды.
Пропускная способность автомобильной дороги Р, авт./ч, - максимальное число автомобилей, которое может пропустить данный участок дороги или дорога в целом в единицу времени. Пропускная способность является важнейшим показателем в проектировании поперечного профиля и геометрических элементов дороги.
Провозная способность дороги М, пасс./ч или т/ч, - максимальная масса грузов или максимальное число пассажиров, которые могут перевозиться через данный участок автомобильной дороги в единицу времени.
Коэффициент загрузки дороги движением z - отношение интенсивности движения к пропускной способности рассматриваемого участка дороги. Этот показатель является одним из основных при расчете числа полос движения и размеров геометрических элементов.
Скорость движения υ, км/ч, - важнейший качественный показатель транспортной работы автомобильной дороги и ее состояния.
В зависимости от целей и задач, при решении которых используется показатель скорости движения, различают скорость движения расчетную; конструктивную; мгновенную; эксплуатационную; техническую; расчетную, принимаемую при организации движения; оптимальную; нормируемую.
Расчетной скоростью движения называется максимально безопасная скорость движения одиночного автомобиля на сухом дорожном покрытии при достаточном расстоянии видимости, допускаемая на дороге рассматриваемой категории. На величину расчетной скорости движения проектируют все геометрические элементы автомобильных дорог и в первую очередь элементы плана и продольного профиля дороги.
Значение расчетной скорости движения устанавливают на основании технико-экономических расчетов.
В мировой практике проектирования автомобильных дорог, в первую очередь скоростных автомобильных магистралей, намечается тенденция снижения расчетных скоростей движения. Это объясняется тем, что высокие скорости, близкие к расчетным, не наблюдаются в реальных условиях, а затраты на обеспечение таких высоких скоростей движения очень велики.
Значение расчетной скорости движения при разработке проекта реконструкции дорог часто принимают меньшим, чем при проектировании новых дорог. Это вызвано тем, что дорога будет проходить в сложившихся условиях застройки и местности. Поэтому изменение плана и продольного профиля дороги под нормируемую расчетную скорость движения обычно приводит к большим затратам.
Конструктивная скорость движения автомобиля представляет собой максимальную скорость движения, развиваемую автомобилем данной конструкции. Конструктивная скорость движения зависит от типа автомобиля, удельной мощности его двигателя.
Мгновенная скорость движения - это фактическая скорость, измеренная в конкретных створах дороги. Мгновенная скорость движения представляет собой скорость движения одиночных автомобилей или транспортного потока на данном коротком участке дороги в рассматриваемый промежуток времени. Значение мгновенной скорости движения характеризует фактические условия движения в конкретном месте дороги и в данный момент времени.
Скорость сообщения показывает среднюю скорость движения на данном маршруте с учетом задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне, железнодорожных переездов или взаимным влиянием автомобилей в потоке. Скорость сообщения является основным показателем транспортной работы дороги.
По скорости сообщения можно определить продолжительность движения между рассматриваемыми пунктами отправления и назначения. При технико-экономических расчетах данные о скоростях сообщения являются основными для обоснования мероприятий по улучшению условий движения.
Техническая скорость движения показывает среднюю скорость движения на данном маршруте без учета задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне или другими факторами, и определяется в основном размерами геометрических элементов дороги.
По технической скорости движения можно оценивать условия движения на отдельных маршрутах и комплексное влияние дорожных условий на скорость движения. Значение технической скорости движения во многом определяется видом транспортных средств, поэтому существенно зависит от состава движения.
Расчетная скорость, принимаемая при организации движения, представляет собой скорость движения, на которую рассчитывается работа всех систем управления движением, исходя из которой выбирается вид дорожного знака и размеры элементов разметки проезжей части. Обычно эта скорость принимается равной скорости 85 %-ной обеспеченности, т.е. скорости, которую превышают 15 % автомобилей. К этой скорости также относится значение ограничения минимальной или максимальной скорости, выбираемой в зависимости от местных условий движения.
Под оптимальной скоростью движения понимается скорость движения, при которой обеспечиваются наиболее эффективные условия транспортной работы дороги и автомобильного транспорта, а также благоприятные условия для работы водителей. Характерным примером оптимальной скорости движения является скорость движения, соответствующая оптимальной загрузке дороги движением и составляющая примерно 55 % скорости движения в свободных условиях.
К нормируемым скоростям движения относят значения скоростей движения, принимаемые как стандартные при технических или технико-экономических расчетах. В этом смысле расчетная скорость движения также является одной из разновидностей нормируемых скоростей.
К нормируемым скоростям движения можно отнести значения скорости при определенном типе дорожного покрытия, которые используют при технико-экономических расчетах. К нормируемым скоростям движения можно также отнести скорость сообщения общественного транспорта, используемую для расчетов по организации работы этого вида транспорта.
Время сообщения, ч или мин, - продолжительность движения по рассматриваемому маршруту (дороге) без учета остановок в пути, учитываются только задержки, вызванные наличием других автомобилей и ожиданием на перекрестках.
Продолжительность движения в очереди, %, - часть общего времени сообщения, которое автомобиль движется в стесненных условиях (в очереди).
Удельное время сообщения (темп движения), мин/км, - средняя продолжительность проезда 1 км дороги транспортным потоком; определяется по средней скорости сообщения.
Ко второй группе показателей относятся прочность дорожной одежды и земляного полотна, ровность и шероховатость дорожного покрытия, сцепление шины с дорожным покрытием, износостойкость дорожного покрытия, работоспособность дорожной одежды.
Прочность дорожной одежды и земляного полотна - характеристика несущей способности дорожной одежды рассматриваемой конструкции; оценивается модулем упругости Е, МПа.
Шероховатость дорожного покрытия - наличие на поверхности дорожного покрытия малых неровностей, не отражающихся на деформации шины и обеспечивающих повышение коэффициента сцепления с шиной; определяется размером микровыступов и остротой угла вершины микровыступа.
Ровность дорожного покрытия S, см/км, - качественное состояние поверхности проезжей части, обеспечивающее высокие транспортно-эксплуатационные свойства дороги (комфортность, безопасность). Оценивается по сравнению с установленной нормой колебаний по высоте в поперечном и продольном профилях, измеряется по размеру просвета между поверхностью дорожного покрытия и рейкой в продольном и шаблоном в поперечном направлениях или с помощью специальных приборов.
Коэффициент сцепления шины колеса автомобиля с дорожным покрытием φ - показатель, характеризующий сцепные качества дорожного покрытия; представляет собой отношение окружного тягового усилия на ободе ведущего колеса к вертикальной нагрузке на колесо, при котором начинается проскальзывание (пробуксовывание) колеса.
Работоспособность дорожной одежды - эксплуатационный показатель дороги, показывающий суммарную массу в брутто тоннах пропущенных по дороге транспортных средств между капитальными ремонтами.
Износостойкость дорожного покрытия, мм/год, - показатель, характеризующий сопротивляемость дорожных покрытий воздействию автомобильного движения.
К третьей группе показателей относятся надежность, проезжаемость, срок службы дороги, относительная аварийность, коэффициенты аварийности и безопасности, расстояние видимости.
Надежность автомобильной дороги - свойство, одним из показателей которого является вероятность безотказной работы автомобильной дороги. При этом безотказность может характеризоваться с точки зрения прочности дорожной одежды, пропускной способности дороги, расчетной скорости движения и т.п.
Проезжаемость дороги - возможность движения по дороге с заданной скоростью в разные периоды года.
Срок службы автомобильной дороги - период времени от сдачи построенной дороги в эксплуатацию до ее реконструкции или между капитальными ремонтами.
Относительная аварийность - показатель, характеризующий уровень аварийности на дороге; выражается в числе дорожно-транспортных происшествий на 1 млн. прошедших автомобилей; позволяет оценивать степень опасности отдельных участков дорог.
Коэффициент аварийности Кав - безразмерный показатель, применяемый для выявления опасных участков дорог, имеющих разные комбинации условий движения;
представляет собой отношение числа дорожно-транспортных происшествий на 1 млн. км суммарного пробега автомобилей на каком-либо участке дороги к числу дорожно-транспортных происшествий на горизонтальном прямом участке с ровным шероховатым покрытием шириной 7,5 м и укрепленными обочинами.
Коэффициент безопасности Кбез - безразмерный показатель, характеризующий опасность отдельных участков дорог на основании изменения скоростного режима на дороге; представляет собой отношение скорости движения, обеспечиваемой тем или иным участком дороги, к наибольшей возможной скорости въезда на него с предшествующего участка дороги.
Обеспеченность видимости на дороге, %, - показатель, характеризующий число участков с необеспеченной видимостью по отношению к протяжению дороги.
К четвертой группе показателей относится себестоимость перевозок и экономические потери от дорожно-транспортных происшествий.
Себестоимость перевозок - показатель эффективности работы автомобильного транспорта в рассматриваемых дорожных условиях; измеряется в стоимостных единицах, отнесенных к 1 т • км, 1 авт. • ч, 1 авт. • км (коп./(т • км), коп./(авт. • ч), коп./(авт. • км)).
Дорожная составляющая себестоимости перевозок - условный показатель, характеризующий долю расходов на ремонт и содержание дорог в общей себестоимости.
Транспортная составляющая себестоимости перевозок - условный показатель, характеризующий расходы автомобильного транспорта по обеспечению перевозок пассажиров и грузов.
Потери от дорожно-транспортных происшествий - показатель, характеризующий экономические потери страны от гибели и ранения людей, порчи грузов и автомобилей.
Для комплексной оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог применяют систему технико-экономических показателей состояния дороги и условий движения на ней:
I группа показателей используется для оценки технического состояния дороги и степени ее пригодности для выполнения своих функций;
II группа - для оценки степени безопасности движения на дороге;
III группа - для оценки дороги в отношении обслуживания автомобильного транспорта и соответствия дороги той категории, к которой она отнесена;
IV группа - для оценки дороги в отношении обеспечения ее обустройства для обслуживания проезжающих и предоставления им необходимых удобств.
К I группе показателей относятся следующие:
• коэффициент службы дороги
(2.1)
где υф, υp - соответственно фактическая и расчетная скорость движения, км/ч;
• коэффициент проезжаемости
(2.2)
где Sф, Sp - соответственно фактическое и расчетное (допустимое) показание толчкомера, см/км;
• коэффициент скользкости дорожного покрытия
(2.3)
где φф, φр - соответственно фактический и расчетный (допустимый) коэффициент сцепления дорожного покрытия;
• коэффициент изношенности дорожного покрытия
(2.4)
где h, Н0 - соответственно средний и допустимый износ дорожного покрытия, мм/год;
• коэффициент прочности дорожного покрытия
Кпр = Еф/Ер, (2.5)
где Eф, Ер - соответственно фактический и расчетный модуль упругости дорожного покрытия, МПа.
Ко II группе показателей относят следующие:
• коэффициент безопасности
(2.6)
где Kбез.ф, Кбез.р - соответственно фактическое и допустимое значение коэффициента безопасности;
• коэффициент аварийности
Кав = Кав.ф/Кав.р, (2.7)
где Кав.ф, Кав.р - соответственно фактическое и допустимое значение коэффициента аварийности;
• стоимостной коэффициент аварийности
Кст = Кст.ф/Кст.р, (2.8)
где Кст.ф, Кст.р - соответственно фактическое и допустимое значение стоимостного коэффициента аварийности.
К III группу показателей относятся следующие:
• коэффициент обслуживания подвижного состава
Коб = Тф/Тр, (2.9)
где Тф, Тр - соответственно фактическая и расчетная пропускная способность сооружений по обслуживанию транспортных средств (станций технического обслуживания, заправочных, мастерских) в расчете на 1000 км дороги;
• коэффициент обеспечения транспортных средств топливом
Кзап = Зф/Зр, (2.10)
где Зф, Зр - соответственно фактическое и расчетное число сооружений по обеспечению транспортных средств топливом в расчете на 1000 км дороги;
• коэффициент интенсивности движения
Кинт = Nф/Np, (2.11)
где Nф, Np - соответственно фактическая и расчетная (для данной категории дороги) интенсивность движения, авт./ч;
• коэффициент загрузки дороги движением
Кz = zф/zр, (2.12)
где zф, zp - соответственно фактическое и допустимое значение коэффициента загрузки дороги движением;
• коэффициент времени сообщения
Kt = tф/tp, (2.13)
где tф, tp - соответственно фактическая и расчетная продолжительность движения на рассматриваемом маршруте, ч.
К IV группе показателей относятся следующие:
• коэффициент обеспечения пассажиров автобусов местами для ожидания
Кавт = αф/αр, (2.14)
где аф, ар - соответственно фактическое и требуемое число павильонов и станций для ожидания пассажирами автобусов на 1000 км дороги;
• коэффициент обслуживания пассажиров дальнего следования
Ксл = Пф/Пр, (2.15)
где Пф, Пр - соответственно фактическое и расчетное число пассажиров, водителей и сопровождающего персонала, проезжающего по дороге в сутки;
• коэффициент обеспечения площадками для стоянок и отдыха
Котд = Оф/Ор, (2.16)
где Оф, Ор - соответственно фактическая и расчетная пропускная способность в сутки бытовых устройств для принятия пищи и отдыха в расчете на 1000 км дороги;
• коэффициент санитарно-гигиенического обслуживания
Ксан = Сф/Ср, (2.17)
где Сф, Ср - соответственно фактическая и расчетная пропускная способность санитарно-гигиенических устройств (туалетов, душевых) из расчета на 1000 км дороги.
Перечисленные показатели позволяют проводить всестороннюю оценку транспортно-эксплуатационных качеств дорог и разрабатывать мероприятия по их улучшению.
2.3. Характеристики транспортных средств
Автомобильная дорога предназначена для движения транспортных средств. Поэтому все элементы автомобильной дороги должны обеспечивать безопасное и эффективное движение транспортных средств.
Дороги общего пользования не проектируют на движение таких транспортных средств и машин, как тракторы, сельскохозяйственные машины, негабаритные автопоезда и автопоезда для перевозки специальных негабаритных грузов, автомобилей со сверхнормативной нагрузкой на ось.
Элементы продольного профиля, плана, пересечений в одном и разных уровнях проектируют с учетом общих габаритных размеров транспортных средств и их динамических и тормозных возможностей. Дорожную одежду, мосты и путепроводы проектируют на расчетную весовую нагрузку от грузового автомобиля.
По автомобильным дорогам движутся разные типы грузовых и легковых автомобилей, поэтому элементы дорог проектируют или на наиболее характерный в транспортном потоке автомобиль, или на движение расчетного автомобиля.
Для предупреждения несоответствия между элементами автомобильных дорог и конструкцией автомобилей должны быть жестко нормированы требования к габаритным размерам и массе автомобилей. В настоящее время таким нормативным документом является Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом по дорогам Российской Федерации, утвержденная Минтрансом России, МВД России и Федеральной автомобильно-дорожной службой РФ 27.05.1996 (с изм. от 22.01.2004) № 1146, в которой нормированы максимально возможные габаритные размеры грузовых автомобилей и их масса.
В соответствии с указанной Инструкцией все транспортные средства в зависимости от осевых масс подразделяют на две группы:
• группа А - транспортные средства с осевыми массами наиболее нагруженной оси свыше 6 до 10 т включительно, предназначенные для эксплуатации на дорогах I - III категорий, а также на дорогах IV категории, одежды которых построены или усилены под осевую массу 10 т;
• группа Б - транспортные средства с осевыми массами наиболее нагруженной оси до 6 т включительно, предназначенные для эксплуатации на всех дорогах.
Транспортное средство с грузом или без груза считается тяжеловесным, если его весовые параметры превышают хотя бы один из следующих показателей:
по осевой массе (нагрузке на дорогу, передаваемой колесами одиночной, наиболее нагружаемой оси) - значения, приведенные в табл. 2.1;
по полной массе - значения, приведенные в табл. 2.2;
Таблица 2.1
|
Расстояние между осями, м |
Осевая масса на каждую ось, т, не более |
|
|
Транспортные средства группы А |
Транспортные средства группы Б |
|
|
Свыше 2 |
10 |
6 |
|
Свыше 1,65 до 2 включительно |
9 |
5,7 |
|
Свыше 1,35 до 1,65 включительно |
8* |
5,5 |
|
Свыше 1 до 1,35 включительно |
7 |
5 |
|
До 1 |
6 |
4,5 |
___________________
* Для контейнеровозов - 9 т.
при движении по мостовым сооружениям - значения, приведенные в табл. 2.3.
Инструкция № 1146 предусматривает возможность движения по дорогам высших категорий (I - III) транспортных средств группы А. Дорожные одежды этих дорог проектируют на нагрузку от транспортных средств этой группы. Дорожные одежды автомобильных дорог остальных категорий рассчитывают на нагрузку от транспортных средств группы Б.
Габаритные размеры транспортных средств по длине не должны превышать:
одиночных автомобилей, автобусов, троллейбусов и прицепов - 12 м;
Таблица 2.2
|
Виды транспортных средств |
Полная масса, т |
Расстояние между крайними осями транспортных средств, м, не менее |
|
|
группы А |
группы Б |
||
|
Одиночные автомобили, автобусы, троллейбусы |
|||
|
Двухосные |
18 |
12 |
3 |
|
Трехосные |
25 |
16,5 |
4,5 |
|
Четырехосные |
30 |
22 |
7,5 |
|
Седельные автопоезда, (тягач с полуприцепом) |
|||
|
Трехосные |
28 |
18 |
8 |
|
Четырехосные |
36 |
23 |
11,2 |
|
Пятиосные и более |
38 |
28,5 |
12,2 |
|
Прицепные автопоезда |
|||
|
Трехосные |
28 |
18 |
10 |
|
Четырехосные |
36 |
24 |
11,2 |
|
Пятиосные и более |
38 |
28,5 |
12,2 |
|
Сочлененные автобусы и троллейбусы |
|||
|
Двухзвенные |
28 |
- |
10 |
Примечания: 1. Для одиночных автомобилей (тягачей) не допускается превышение полной массы более 30 т.
Таблица 2.3
|
Расстояние между крайними осями, м |
Полная масса, т |
|
Более 7,5 |
30 |
|
Более 10 |
34 |
|
Более 11,2 |
36 |
|
Более 12,2 |
38 |
Примечания: 1. Для одиночных автомобилей (тягачей) не допускается превышение полной массы более 30 т.
автопоездов в составе автомобиль - прицеп и автомобиль - полуприцеп - 20 м;
двухзвенных сочлененных автобусов и троллейбусов - 18м.
Габаритные размеры транспортных средств по ширине не должны превышать 2,5 м, для рефрижераторов и изотермических кузовов допускается 2,6 м.
За пределы разрешенных габаритных размеров по ширине могут выступать:
приспособления противоскольжения, надетые на колеса;
зеркала заднего вида, элементы крепления тента, сконструированные с отклонением от нормативов, входя при этом в габарит;
шины вблизи контакта с дорогой, эластичные крылья, брызговики колес и другие детали, выполненные из эластичного материала, при условии, что указанные элементы конструкции или оснастки выступают за габарит не более 0,05 м с любой стороны.
Габаритные размеры транспортных средств по высоте не должны превышать 4 м.
К крупногабаритным относятся также транспортные средства, имеющие в своем составе два и более прицепа (полуприцепа), независимо от ширины и общей длины автопоезда.
К отрицательным последствиям приводят нарушения не только наибольших высотных габаритных размеров, но и минимально допустимых. Так, с отрицательным влиянием нарушения габаритных размеров автомобилей столкнулись дорожники США, когда автомобильными фирмами в погоне за прибылью стали создаваться полуспортивные легковые автомобили, обеспечивающие низкое положение глаз водителя. Это привело к увеличению числа дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом в пределах вертикальных кривых дороги из-за резкого снижения расстояния видимости.
При проектировании мостов и путепроводов принимают более высокие расчетные нагрузки, чем при проектировании дорог, обеспечивающие возможность пропуска одиночных транспортных средств большой грузоподъемности.
При расчете мостов принимается нормированная нагрузка - условная колонна автомобилей и одиночной гусеничной повозки, габаритные размеры и массу которых выбирают с учетом перспективы развития автомобильных транспортных средств. Расчетная колонна автомобилей состоит из ряда следующих друг за другом на равном расстоянии нормальных автомобилей, среди которых имеется один утяжеленный.
При сдаче моста в эксплуатацию проводят испытание его на устойчивость под действием нормативной нагрузки. Для этого полностью загруженные большегрузные автомобили размещают на мосту, одновременно измеряют деформации конструкций моста.
Контрольные вопросы
ГЛАВА 3
ВОЗДЕЙСТВИЕ АВТОМОБИЛЯ НА ДОРОГУ
3.1. Особенности взаимодействия дороги и автомобиля
При движении автомобиля вдоль дороги происходит его пространственное перемещение как поступательное, так и вращательное. При этом возникают вертикальные силы, вызывающие деформацию дорожного покрытия, и касательные усилия, наиболее значительные при разгоне и торможении автомобиля в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием, вызывающие относительное смещение верхних слоев дорожного покрытия.
Особенно сложным является движение автомобиля на подходах к кривым в плане и на самих кривых, в пределах которых автомобиль совершает вращательное движение вокруг вертикальной оси.
На таких участках возникают боковые силы, действующие как на автомобиль, так и на верхний слой дорожного покрытия и оказывающие большое влияние на устойчивость автомобиля. В связи с этим кривые в плане и подходы к ним проектируют в первую очередь из условия обеспечения устойчивого движения автомобиля, предупреждения его опрокидывания и заноса. Таким образом, при движении автомобиля по дороге действует система сил, разных по направлению и величине.
Для предупреждения появления больших вертикальных усилий, оказывающих отрицательное воздействие на подвеску автомобиля и на дорожную одежду, вертикальные вогнутые кривые проектируют по возможности больших радиусов.
Траектория и скоростной режим автомобиля во многом зависят от того, насколько детально учтены при проектировании элементов автомобильных дорог психофизиологические характеристики водителя.
Если водитель не имеет затруднений в оценке направления дороги, он правильно выбирает траекторию движения автомобиля на проезжей части и скоростной режим.
Ошибки в действиях водителя, особенно при узкой проезжей части, приводят к тому, что автомобиль заезжает на обочину, тем самым разрушая кромку проезжей части, обочину и само дорожное покрытие.
Большое значение имеет поддержание высокой ровности дорожного покрытия, позволяющей снизить отрицательное воздействие автомобиля на покрытие. Наличие неровностей вызывает колебания автомобиля, вредные для человека, дорожного покрытия и самого автомобиля. Неожиданный наезд автомобиля на большой скорости на неровность может привести к разрушению дорожного покрытия и поломке конструктивных элементов автомобиля.
Особенно ухудшается взаимодействие колеса с дорогой при наличии водяной пленки на поверхности дорожного покрытия. Ухудшается сцепление шины колеса с дорожным покрытием, а при высоких скоростях (более 80 км/ч) возникает так называемое явление аквапланирования, заключающееся в образовании водяного клина между передними колесами автомобиля и поверхностью дорожного покрытия; при этом передние колеса автомобиля приподнимаются и автомобиль теряет управляемость.
Появление большегрузных и скоростных грузовых автомобилей привело к неприятному для водителей легковых автомобилей явлению при движении по влажному покрытию - возникновению водяного облака.
Для предупреждения появления вокруг грузового автомобиля водяного облака устраивают так называемый дренаж-асфальт - покрытие, в которое уходит часть воды из зоны контакта шины колеса с дорожным покрытием. На автомобилях сбоку и сзади устанавливают специальные защитные щитки.
Несомненно, что воздействия автомобиля на дорожные сооружения усиливаются при неблагоприятных погодных условиях и плохом обеспечении отвода воды от дороги и ее сооружений, при этом существенно увеличивается износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.
3.2. Силы, действующие от колеса автомобиля на дорожное покрытие
При движении автомобиля по дороге в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием возникают динамические вертикальные, продольные и поперечные касательные силы, значение которых зависит от типа автомобиля, шины колеса, нагрузки, природно-климатических условий и т. п.
На стоящее колесо действует только одна сила - вес автомобиля, приходящийся на это колесо. Особенностью автомобильного колеса является его эластичность. Под действием вертикальной силы колесо деформируется (рис. 3.1, а), в месте контакта радиус колеса меньше, чем в других частях колеса, не соприкасающихся с дорожным покрытием.
Рис. 3.1. Схема сил, действующих на дорожное покрытие:
а - стоящее колесо; б - ведущее колесо; в - ведомое колесо; D - размер пятна контакта колеса с дорожным покрытием; Рср, Рmах - соответственно средний и максимальный прогиб дорожного полотна; G - вес автомобиля; R - сила реакции; Gк - вес автомобиля, приходящийся на колесо; Mвр - вращающий момент; Т - сила трения; rк - расстояние от центра колеса до поверхности дорожного покрытия; r - радиус колеса;
а - расстояние от мгновенного центра скоростей О до линии действия силы реакции R; Рк - окружная сила;
υ - скорость движения автомобиля
Площадь следа колеса F меняется в пределах 250...1000 см2. Для одного и того же автомобиля значение F, м2, зависит от нагрузки на колесо:
F= G/p, (3.1)
где G - вес автомобиля, приходящийся на колесо, Н; р - давление, Па.
Значение р не должно превышать 0,65 МПа на дорогах I - II категорий и 0,55 МПа на дорогах III - V категорий.
Различают площадь отпечатка колеса по контуру в форме эллипса (рис. 3.1, а) и по выступам рисунка протектора. При определении среднего давления в расчет принимают площадь отпечатка по выступам протектора. При расчете дорожной одежды для вычисления р условно принимают площадь отпечатка в виде круга диаметром D, м, равновеликую площади эллипса:
(3.2)
В большинстве автомобилей имеются ведущие и ведомые колеса. К ведущим колесам подается вращающий момент Мвр , Н • м, от двигателя автомобиля:
Мвр = Мдв ик иг η, (3.3)
где Мдв - вращающий момент на коленчатом валу двигателя, Н • м; ик - передаточное число коробки передач; иг - передаточное число главной передачи; η - коэффициент полезного действия главной передачи.
Действие вращающего момента Мвр вызывает появление в зоне контакта окружной силы Рк, направленной в сторону, обратную движению (рис. 3.1, б). Сила Рк вызывает горизонтальную силу реакции Т, представляющую собой силу трения в плоскости контакта колеса с дорожным покрытием, при этом Т = Рк.
При действии вертикальной силы Gк возникает сила реакции R, которая располагается на расстоянии а впереди по ходу движения автомобиля. Значение Gк составляет для грузовых автомобилей - (0,65...0,7) G, для легковых - (0,5...0,55) G, где G - общий вес автомобиля, Н.
На ведомое колесо (рис. 3.1, в) действует сила тяги. Горизонтальная реакция Т = Рк направлена в сторону, противоположную движению. Вертикальная сила реакции R так же, как и в случае ведущего колеса, смещена по ходу движения.
Вращающий момент Мвр может быть определен также с учетом окружной силы Рк, Н, и радиуса качения пневматического колеса rк, м:
Мвр = Рк rк, (3.4)
при этом
rк = λ r, (3.5)
где λ - коэффициент уменьшения радиуса колеса в зависимости от жесткости шин, λ = 0,93...0,96; r - радиус недеформированного колеса, м.
В точке О - мгновенном центре скоростей - приложена сила трения (сцепления) колеса с поверхностью дороги.
Можно записать
R = Gк; Мвр = Trк + Ra,
где а - расстояние от мгновенного центра скоростей до точки приложения силы реакции R.
Откуда
Т = Мвр/rк - R (a/rк). (3.6)
Поскольку
Мвр/rк = Рк,
Т = Рк – Gк (а/rк).
Обозначим
а/rк = f; Gк (а/rк) = Gк f = Pf. (3.7)
Тогда
Т = Рк - Рf,
Для ведомого колеса можно записать
Gк = R; Рк = Т; Ra = Ркrк.
Отсюда
Pк = R (a/rк); R = GкPк = Gкf; Pк = Pf,
где Pf - сила сопротивления качению, Н; f - коэффициент сопротивления качению.
Сопротивление качению зависит от скорости движения, эластичности шины и состояния поверхности дорожного покрытия.
Коэффициент сопротивления качению возрастает с увеличением скорости движения, так как кинетическая энергия колеса при наездах на неровности прямо пропорциональна квадрату скорости качения. Практически значение f остается постоянным до скорости движения 50 км/ч для определенного типа дорожного покрытия:
|
Тип дорожного покрытия |
f |
|
Цементобетонное и асфальтобетонное…………………………………… |
0,01…0,02 |
|
Щебеночное, обработанное вяжущим…………………………………….. |
0,02…0,025 |
|
Щебеночное, не обработанное вяжущим………………………………… |
0,03…0,04 |
|
Ровная сухая грунтовая дорога…………………………………………… |
0,03…0,06 |
При скорости движения более 50 км/ч коэффициент сопротивления качению определяют по формуле
fυ = f [1 + 0,01 (υ – 50)], (3.8)
где υ - скорость движения, км/ч; f - коэффициент сопротивления качению при скорости движения до 50 км/ч.
Движение автомобиля возможно при условии Т > Рк. Сила трения достигает наибольшего значения, когда
Тmах = φ Gсц, (3.9)
где Gсц - нагрузка на ведущее колесо (сцепной вес), Н; φ - коэффициент сцепления.
Коэффициент сцепления φ - это отношение максимального значения силы тяги на ободе колеса к сцепному весу автомобиля.
Различают следующие значения коэффициентов сцепления (рис. 3.2): φ - при движении в плоскости качения без скольжения и буксования; φ1 - при движении в плоскости качения при скольжении и буксовании (коэффициент продольного сцепления);
|
Рис. 3.2. Силы, действующие на дорожное покрытие на криволинейных участках: Рк - окружная сила (сила тяги); Yк - поперечная сила; R - сила реакции; φ - коэффициент сцепления; φ1 - коэффициент продольного сцепления; φ2 - коэффициент поперечного сцепления |
φ2 - при боковом заносе (коэффициент поперечного сцепления).
Между этими коэффициентами сцепления имеются следующие зависимости:
R = G φ; R2 =
где Yк - поперечная сила.
Отсюда
(3.10)
Результаты исследования показывают следующие количественные зависимости между φ, φ1, φ2:
φ1 = (0,7...0,8) φ; φ2 = (0,85...0,90) φ1 или φ2 = (0,6...0,7) φ.
Значение φ зависит от типа и состояния дорожного покрытия, скорости движения и других факторов (табл. 3.1).
При торможении колеса автомобиля часто возникают большие касательные усилия (рис. 3.3).
Сила торможения составляет
Pк.т. = φ Gк.т., (3.11)
где Gк.т - вес автомобиля, приходящийся на тормозящие колеса, Н.
|
Рис. 3.3. Силы, действующие на дорожное покрытие при торможении: Gк.т - вес автомобиля, приходящийся на тормозящие колеса; Мт - тормозящий момент; Pк.т - сила торможения; υ - скорость движения автомобиля |
Таблица 3.1
|
Состояние дорожного покрытия |
Условия движения |
Коэффициент сцепления φ (при скорости движения 60 км/ч) |
|
Сухое, чистое |
Особо благоприятные |
0,7 |
|
То же |
Нормальные |
0,5 |
|
Влажное, грязное |
Неблагоприятные |
0,3 |
|
Обледенелое |
Особо неблагоприятные |
0,1...0,2 |
Боковые касательные силы возникают при движении по криволинейным участкам дорог, при обгонах, боковом заносе, при сильном поперечном ветре, при наличии большого поперечного уклона проезжей части. Действие касательных сил в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием приводит к истиранию и деформации дорожного покрытия и истиранию шины.
3.3. Прочность и деформация дорожной одежды
Прочность дорожной одежды является наиболее важным показателем транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги, который необходимо регулярно оценивать в течение всего срока ее службы.
Прочностные качества дорожной одежды определяются, прежде всего, сопротивляемостью подстилающего грунта сжатию. Дорожная одежда должна распределять действующую на нее нагрузку от колеса автомобиля по возможности на большую площадь и предупреждать проникание воды, которая значительно ослабляет прочность грунтового основания.
Возможны три случая деформации дорожного покрытия в зависимости от прикладываемой нагрузки.
Если нагрузка невелика, а слои дорожной одежды и земляного полотна хорошо уплотнены, дорожная одежда не разрушается и происходят только упругие деформации, т. е. дорожная одежда под действием нагрузки прогибается и после проезда автомобиля возвращается в прежнее положение.
При возрастании нагрузки или при временном снижении прочности грунтов основания в весенний или осенний периоды возникают постепенно накапливающиеся пластические малые деформации.
В случае, если суммарное значение деформаций за период ослабленного состояния дорожной одежды превысит некоторые предельные значения, дорожная одежда разрушится.
Прочность дорожной одежды зависит от предельно допустимого прогиба (табл. 3.2), а также от количества приложений нагрузки за период ослабления дорожной одежды.
При очень больших нагрузках или значительном ослаблении прочности грунта основания вначале замедленно накапливаются деформации, которые в дальнейшем быстро возрастают, в результате чего происходит полное разрушение дорожной одежды.
При действии давления от колеса основание дорожной одежды сжимается в пределах активной зоны (зоны, в которой возможно перемещение грунта) и происходит прогиб дорожной одежды по некоторой криволинейной поверхности с образованием так называемой чаши прогиба 2 (рис. 3.4).
Давление, передаваемое на грунтовое основание, зависит от площади, на которую распределяется нагрузка. С увеличением толщины дорожной одежды эта площадь увеличивается, а давление соответственно уменьшается. В весенний или осенний период, когда вследствие большого переувлажнения снижается прочность грунта, существующая толщина дорожной одежды не обеспечивает безопасное давление, и при проезде очень тяжелых автомобилей могут возникнуть проломы дорожной одежды.
В связи с этим в течение двух-трех наиболее неблагоприятных недель дорожники закрывают движение тяжелых автомобилей.
При действии нагрузки происходят сжатие и доуплотнение верхней части дорожной одежды (зона 3), а в нижней части дорожной одежды - растяжение (зона 1).
При превышении предельной прочности материалов верхних или нижних слоев дорожной одежды образуются трещины 4.
По периметру зоны контакта шины колеса с дорожным покрытием действуют срезывающие напряжения, которые могут
Таблица 3.2
|
Интенсивность движения, авт./сут, приведенная к расчетному автомобилю и нагрузке 105 Н |
Предельно допустимый прогиб дорожных покрытий, мм |
||
|
капитальных |
облегченных |
переходного типа |
|
|
100 |
1,15 |
1,45 |
1,85 |
|
200 |
1,03 |
1,27 |
1,68 |
|
500 |
0,92 |
1,1 |
- |
|
1000 |
0,85 |
- |
- |
|
2000 |
0,78 |
- |
- |
|
5000 |
0,73 |
- |
- |
|
10000 |
0,69 |
- |
- |
Рис. 3.4. Виды деформаций и разрушений дорожной одежды:
1 - зона растяжения; 2 - чаша прогиба; 3 - зона сжатия одежды; 4 - трещины в дорожной одежде;
5 - поверхность среза одежды; 6 - деформация дорожной одежды; 7 - направление выпирания грунта;
8 - направление сжатия грунта; 9 - уплотнение грунта в основании дорожной одежды;
10 - площадь передачи давления на грунт
приводить при слабом основании и тонкой дорожной одежде к ее пролому или выкалыванию отдельных ее частей.
В нижних слоях дорожной одежды из малосвязных и несвязных материалов и в грунтовых основаниях могут возникать необратимые деформации (так называемые пластические течения), развитие которых приводит к накоплению деформаций дорожной одежды и ее разрушению.
Вероятность появления деформаций связана с одновременным действием нагрузки от колеса и климатических факторов (влажности и температуры). При эксплуатации автомобильных дорог все деформации протекают вначале скрытно, и трудно предвидеть их развитие. Поэтому необходимо проводить профилактический контроль прочности дорожной одежды в неблагоприятные периоды года с целью разработки мероприятий по предупреждению разрушения дорожной одежды.
Прочность дорожной одежды характеризуют модулем длительной упругости
E = p D (1 - μ2)/l, (3.12)
где р - удельное давление колеса на поверхность дорожного покрытия, МПа, для транспортных средств группы А р = 0,6 МПа, для транспортных средств группы Б р = 0,5 МПа; D - диаметр круга, равновеликого отпечатку колеса, м, для транспортных средств группы A D = 0,33 м, для транспортных средств группы Б D = 0,28 м; l - упругий прогиб, м; μ - коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона), μ = 0,3.
Рис. 3.5. Рычажный прогибомер МАДИ - ЦНИЛ:
а - вид сбоку; б - вид сверху; 1 - пробка; 2 - стойка для индикатора; 3 - индикатор;
4 - держатель индикатора; 5 - швеллер; 6 - заднее плечо рычага; 7 - подъемные винты; 8 - соединительная муфта; 9 - опорный винт; 10 - стяжной болт; 11 - переднее плечо рычага; 12 - измерительная игла;
13 - винт, закрепляющий иглу; 14 - подпятник, предохраняющий врезание измерительной иглы в дорожное покрытие; 15 - поперечная опорная балка
Величина p D - постоянная для расчетного автомобиля, поэтому для определения модуля упругости дорожной одежды Е и оценки по его значению прочности дорожной одежды достаточно определить прогиб l.
Наиболее простым прибором для быстрого определения прогиба является рычажный прогибомер МАДИ - ЦНИЛ (рис. 3.5).
Рычажный прогибомер имеет составной рычаг, свободно вращающийся на оси рамы. Переднее плечо 11 рычага имеет измерительную иглу 12 с подпятником 14. Заднее плечо 6 рычага заканчивается пробкой 1 с горизонтальной площадкой, в которую упирается стержень индикатора 3, установленный на стойке.
Испытание дорожной одежды производят на обследуемом участке через каждые 50 м. Прогиб измеряют на полосе наката (1...1,5 м от кромки дорожного покрытия).
Для повышения производительности труда при определении прогибов дорожной одежды разработан длиннобазовый прогибомер (рис. 3.6).
Длиннобазовый рычажный прогибомер состоит из сборного рычага, который поворачивается на оси, закрепленной в корпусе опоры 5. Рычаг 6 состоит из переднего 7 и заднего 4 плеч. На переднем плече расположен щуп 9, который с помощью шарового шарнира соединен с подпятником 11. Щуп крепится к рычагу зажимным винтом 10. На заднем плече на кронштейне 2 закреплен индикатор 3. Щуп с подпятником размещают между скатами заднего сдвоенного колеса 8 под центром задней оси автомобиля.
Рис. 3.6. Длиннобазовый рычажный прогибомер:
1 - опорная подкладка; 2 - кронштейн; 3 - индикатор; 4 - заднее плечо
рычага; 5 - опора; 6 - рычаг; 7 - переднее плечо рычага; 8 - заднее сдвоенное
колесо; 9 - щуп; 10 - зажимной винт; 11 - подпятник
Наклонная поверхность клиновидной опорной подкладки 1 контактирует со стержнем индикатора.
Для оценки прочности дорожной одежды применяют установки динамического нагружения. К ним, например, относится установка с падающим грузом УДН-НК (рис. 3.7).
Установка УДН-НК смонтирована сзади кузова автомобиля. Нагружение осуществляется путем сбрасывания груза. Усилие на дорожное покрытие передается через сдвоенные авиационные пневматические колеса, обеспечивающие площадь отпечатка и удельную нагрузку, эквивалентные отпечатку и нагрузке расчетного транспортного средства группы А. Прогиб измеряют с помощью сейсмоприемника. Измерительный датчик смонтирован на специальной тележке и находится между сдвоенными авиационными колесами.
Аппаратура сбора и первичной обработки данных испытаний расположена в кабине водителя. Нагружение дорожной одежды производят с остановкой в каждой точке испытания. Производительность установки при 20 испытаниях на 1 км составляет 20 км за смену.
Упругий прогиб дорожной одежды можно измерить также с помощью установки динамического нагружения ДИНА-3М (рис. 3.8), которая может работать как в автономном режиме, так и в составе передвижной дорожной лаборатории типа КП-514 МП (рис. 3.9).
На прицепе установлено механизированное устройство для подъема груза массой 160 кг на определенную высоту с последующим сбросом его на штамп, опускаемый на поверхность дорожного полотна. В момент приложения динамической нагрузки измеряется упругий прогиб дорожной конструкции.
|
Рис. 3.7. Установка динамического нагружения (навесная) УДН-НК: а - конструкция; б - схема испытания; 1 - несущая рама; 2 - электроталь; 3 - верхний кронштейн; 4 - ограничитель подъема; 5 - зацепное устройство; 6 - нижний кронштейн; 7 - испытательный груз; 8 - штамп; 9 - опорная рама; 10 - измерительная тележка; 11 - лебедка для подъема штампа; 12 - прибор управления электроталью; 13 - виброграф для измерения прогиба; 14 - пружина; G - вес груза; Н - высота сбрасывания груза |
|
Рис. 3.8. Установка динамического нагружения ДИНА-3М |
Рис. 3.9. Передвижная дорожная лаборатория типа КП-514 МП
При использовании установки в составе передвижной лаборатории она оснащается модулем связи с бортовым вычислительным комплексом, что позволяет полностью автоматизировать процесс нагружения и измерений. Диапазон измерений прогиба 0,1...3 мм, производительность 20 км/смена.
По значению прогиба, определяемому лабораториями, получают фактический модуль упругости дорожной конструкции и ее прочность.
Прочность жестких дорожных одежд оценивают:
максимальным динамическим прогибом lmах под воздействием падающего груза (амортизированный удар) прибора ударного типа;
максимальным радиусом кривизны дорожного покрытия r при воздействии динамической нагрузки (амортизированный удар);
максимальным напряжением σ в бетонной плите, определяемым согласно теории упругости по формуле
(3.13)
где h - толщина плиты, м;
жесткостью дорожной одежды с, Н/м, определяемой отношением максимальной ударной силы F, Н, к максимальному динамическому прогибу lmах, м:
c = F/lmax.
Основной сравнительной характеристикой является статистическая оценка жесткости дорожной одежды.
3.4. Виды деформаций дорожного покрытия и разрушений дорожной одежды
При проектировании дорожной одежды размеры каждого слоя выбирают с учетом местных материалов, возможных нагрузок и природно-климатических условий проложения дороги. Все расчеты выполняют для средних условий, поэтому возможны отклонения от расчетных условий, приводящие к потере прочности дорожной одежды, деформациям и разрушению.
Разрушения могут быть вызваны низким качеством выполнения работ, недостаточным или неправильным учетом гидрогеологических условий, применением материалов низкого качества. Большое значение в обеспечении устойчивости дорожной одежды имеет своевременный ремонт разрушенных участков дорожного покрытия. Появление остаточных (необратимых) деформаций, своевременно не ликвидированных, приводит к значительным разрушениям, как под действием движения автомобилей, так и под влиянием природно-климатических факторов.
Основными видами деформаций и разрушений дорожной одежды являются:
деформации и разрушения, вызванные пучинами, происходящими в весенний период при оттаивании грунта земляного полотна на участках с неблагоприятными условиями водоотвода и защиты земляного полотна от температурных воздействий. Причинами таких разрушений могут быть ошибки в оценке перспективной интенсивности движения и нагрузок, некачественные материалы и их неоднородность, плохое уплотнение земляного полотна и дорожной одежды, а также переувлажнение земляного полотна;
потери прочности дорожной одежды, вызванные непрерывным воздействием колес автомобилей и природно-климатических факторов. На потерю прочности большое влияние оказывают ошибки, допущенные при проектировании, строительстве и эксплуатации дорожной одежды, а также температурные деформации;
просадки нежестких дорожных одежд в виде впадин, возникающие в результате местных просадок недоуплотненного грунта или слоев дорожной одежды. Особенно часто этот вид деформации появляется на въездах на мост, в местах прокладки под существующими дорогами водопропускных труб и трубопроводов;
сквозные трещины, характерные для цементобетонных покрытий, когда на них образуются просадки. Трещины появляются чаще всего в местах просадок земляного полотна и связаны с несвоевременным ремонтом дорожной одежды;
проломы - разрушения дорожной одежды в виде длинных прорезей по полосам наката колес. Такие разрушения характерны для дорожных одежд переходного типа при проходе очень тяжелых автомобилей и снижении несущей способности основания дорожной одежды.
Разрушению всей конструкции дорожной одежды предшествуют деформации и разрушение дорожных покрытий.
Дорожное покрытие является самой верхней частью дорожной одежды, на которую непосредственно действуют колеса автомобилей и природно-климатические факторы.
Основными видами разрушений дорожного покрытия являются:
износ (истирание), представляющий собой уменьшение толщины дорожного покрытия за счет потери им материала в процессе эксплуатации под воздействием колес и природно-климатических факторов. Износ происходит по всей поверхности дорожного покрытия, но больше всего на полосах наката, где проходят колеса автомобилей. Для усовершенствованных дорожных покрытий износ измеряют в миллиметрах, на которые уменьшилась толщина верхнего слоя покрытия, а для дорожных покрытий переходного и простейшего типа определяют также объем потери материалов, м3/км;
шелушение - обнажение поверхности дорожного покрытия за счет отделения поверхностных тонких пленок и чешуек материала покрытия, разрушенного воздействием воды и мороза. Такой вид дефекта наиболее характерен для жестких дорожных одежд, где происходит отслоение цементного раствора с поверхности дорожного покрытия с последующим оголением крупного заполнителя. Такие разрушения в основном происходят при частом замораживании и оттаивании дорожного покрытия, особенно при использовании хлоридов для предупреждения гололеда;
выкрашивание - разрушение дорожного покрытия за счет потери им отдельных зерен гравийного и щебеночного материала. Такое разрушение происходит на дорожных покрытиях всех типов в результате потери связи между зернами материала. Причиной выкрашивания могут быть плохое перемешивание материала и его укладка в дождливую или холодную погоду;
обламывание кромок - разрушение дорожных покрытий (особенно нежестких) в местах сопряжения их с обочинами при переезде тяжелых автомобилей через кромку. Обломанные кромки проезжей части могут быть причиной дорожно-транспортных происшествий;
волны - деформация асфальтобетонных покрытий, обладающих пластичностью. Волны появляются под действием касательных сил в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием;
гребенка - разрушение гравийных и щебеночных покрытий под действием движения тяжелых грузовых автомобилей. Гребенка представляет собой частое повторение выступов и впадин;
сдвиги - деформации, которые происходят при действии касательных сил от колеса автомобиля. Сдвиги являются причиной отсутствия связи верхнего слоя дорожного покрытия с нижним;
вмятины - углубления в пластических дорожных покрытиях, появляющиеся при прохождении по ним гусеничных машин или автомобилей в жаркую погоду;
трещины - деформации, обычно вызываемые резкими температурными изменениями. Сетка трещин появляется на дорожном покрытии как результат недостаточной прочности основания или покрытия;
колеи, которые образуются на щебеночных или гравийных покрытиях при узкой проезжей части в результате многократного прохода автомобиля по одной полосе, а также
на асфальтобетонных покрытиях в результате выдавливания колесами автомобиля из-за недостаточной сдвигоустойчивости асфальтобетона;
выбоины - углубления со сравнительно крутыми краями, образовавшиеся в результате местного разрушения материала дорожного покрытия. Причиной появления выбоин является, как правило, плохое качество строительных работ;
повреждение кромок швов - разрушение кромок швов в виде сколов и выкрашивание бетона в зоне до 15...20 см от шва.
Контрольные вопросы
ГЛАВА 4
ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
4.1. Надежность и проезжаемость автомобильных дорог
Надежность автомобильной дороги характеризуется вероятностью обеспечения среднегодовой технической скорости движения транспортного потока, близкой к оптимальной в течение нормативного срока (межремонтного периода между капитальными ремонтами дорожной одежды) службы дорожной одежды. Количественно эта вероятность выражается числом автомобилей в составе транспортного потока, движущихся со скоростью не ниже оптимальной, отнесенным к общему числу автомобилей.
Можно говорить о надежности отдельных элементов дороги: дорожной одежды, геометрических элементов, искусственных сооружений. Поэтому надежность автомобильной дороги определяется надежностью ее отдельных элементов.
В настоящее время наиболее детально вопросы надежности разработаны для дорожных одежд. Основой оценки надежности является учет случайных изменений прочностного состояния дорожной одежды.
На рис. 4.1 показан пример изменения надежности усиленной нежесткой дорожной одежды в зависимости от ее срока службы.
Рис. 4.1. Изменение надежности дорожной одежды в зависимости от срока
службы:
tp - расчетный срок службы дорожной одежды
На графике видно резкое уменьшение надежности после 12 лет эксплуатации дорожной одежды. Уменьшение надежности начинается после расчетного срока службы tр дорожной одежды.
При росте интенсивности движения по геометрической прогрессии расчетный срок службы определяют по формуле
(4.1)
где q - знаменатель геометрической прогрессии, описывающий рост интенсивности движения от года к году; Тсл - срок службы, лет.
Кривая, представленная на рис. 4.1, описывается уравнением
р = 1 - ri, (4.2)
где р - надежность дорожной одежды по прочности; ri - степень деформируемости дорожной одежды:
(4.3)
где σк - среднее квадратическое отклонение коэффициента прочности на участках с остаточными деформациями; - среднее значение коэффициента прочности на участке с остаточными деформациями, обычно = 0,7; Кпр = Еф/Етр; Еф, Етр - соответственно фактический и требуемый модуль упругости дорожной одежды; Кпр1, Кпр2 - численные значения коэффициентов прочности, в пределах которых определяют величину ri.
Надежность тесно связана с понятием отказа, под которым понимается событие, заключающееся в потере работоспособности объекта.
Для дорожной одежды под отказом понимается событие, при котором нарушается возможность выполнения транспортным потоком определенной удельной работы, т · км/ч или т · км/сут. Отказ дорожной одежды может возникнуть при снижении ее прочности, ухудшении ровности и сцепных качеств дорожного покрытия. Учитывая, что появление отказов дорожной одежды происходит не сразу, а по мере ее эксплуатации, мероприятия по улучшению состояния дорожных одежд следует выполнять стадийно.
В начальный период эксплуатации дороги уровень ее надежности наивысший и определяется принятой конструкцией дорожной одежды и основания.
В процессе эксплуатации характеристики дорожного покрытия не остаются постоянными, происходит снижение первоначального качества дорожного покрытия.
В момент необходимости капитального ремонта дорожное покрытие достигает своих предельных технических характеристик, при этом дальнейшая эксплуатация дороги становится невозможной, т.е. возникает отказ. Этот момент характеризуется нижним предельно допустимым уровнем надежности. В случае невыполнения средних ремонтов нижний предел наступает быстро вследствие интенсивного прогрессирующего разрушения дорожного покрытия. При выполнении работ по содержанию дорог и средних ремонтов отдаляются сроки проведения капитального ремонта и, следовательно, увеличивается общий срок службы дорожного покрытия. Сроки проведения текущих и средних ремонтов являются технико-экономическим понятием. Путем периодических ремонтов повышается надежность покрытия до экономически целесообразного уровня.
Таким образом, возникающие на дороге отказы устраняют ремонтами. Общая долговечность всей дороги складывается из суммы сроков службы конструкции, определяемых временем наступления промежуточных отказов.
После исчерпания возможностей конструкции по обеспечению требуемых эксплуатационных характеристик на основе ремонтов и содержания необходим перевод этой конструкции в новое качественное состояние на основе реконструкции, т. е. устройства более капитального дорожного покрытия.
Рекомендуется следующая зависимость для оценки уровня надежности битумоминерального покрытия:
(4.4)
где h - текущее значение площади, подверженной деформации, тыс. м2; tр - время, необходимое для ремонта 1000 м2 дорожного покрытия одной бригадой, ч; т - число ремонтных бригад.
Понятие надежности может быть применено и к таким элементам дороги, как поперечный профиль и геометрические элементы. В этом случае под отказом следует понимать событие, когда интенсивность движения превышает пропускную способность дороги при рассматриваемых дорожных условиях.
В соответствии с теорией надежности надежность дороги в целом оценивается надежностью ее составных элементов (дорожной одежды и покрытия, искусственных сооружений, земляного полотна, геометрических элементов).
Дорога, имеющая несколько полос движения, при небольшой интенсивности движения представляет собой резервируемую систему, в которой исключается полный отказ, так как имеется возможность переключения движения на действующую проезжую часть.
Более узким понятием является проезжаемость дороги. Под проезжаемостью автомобильной дороги понимается возможность проезда одиночных автомобилей разных типов с минимально допустимой скоростью в разные периоды года.
Условия проезда существенно меняются в течение года для одной и той же дороги. Дороги высших категорий должны обеспечивать круглогодичную проезжаемость. На дорогах I категории благодаря оперативному содержанию дороги обеспечивают практически одинаковые условия проезда как в летний, так и в осенне-зимний периоды. По этим дорогам возможен проезд всех типов автомобилей, выпускаемых отечественной автомобильной промышленностью с нагрузкой, не превышающей расчетную. Ограничения проезжаемости могут быть только для специальных или сверхтяжелых транспортных средств, имеющих большую массу, так как толщина дорожной одежды и конструкция искусственных сооружений не всегда рассчитываются на пропуск таких нагрузок. В этом случае следует говорить о проезжаемости дороги для рассматриваемого типа транспортных средств.
Дороги более низких категорий имеют ограниченную проезжаемость для разных типов автомобилей. Наличие крутого подъема не влияет на проезжаемость по дороге легковых автомобилей, но оказывает большое влияние на режим движения тяжелых грузовых автомобилей.
Проезжаемость дороги при наличии кривых малых радиусов в плане зависит от габаритных размеров автомобилей. Могут возникнуть ситуации, при которых для проезда крупногабаритных автомобилей потребуется осуществление специальных мероприятий по уширению проезжей части.
Дорога может оказаться полностью или частично непроезжаемой для транспортных средств, имеющих большие габаритные размеры по высоте.
На некоторых дорогах возможны случаи полного отсутствия проезжаемости вследствие временного затопления в весенний период, заносов снегом зимой.
Характерным случаем отсутствия проезжаемости для отдельных видов транспорта является период появления на некоторых дорогах низких категорий пучин.
Решающее влияние на проезжаемость дорог оказывают природно-климатические условия. Так, например, появление гололеда приводит к резкому снижению проезжаемости дорог часто на длительные периоды (иногда на 8...12 ч).
Наиболее существенное влияние оказывают природно-климатические условия на проезжаемость грунтовых дорог. В сухое время года такие дороги имеют хорошую проезжаемость, однако в весенний и осенний периоды становятся практически не проезжаемыми для обычных автомобилей.
На условия проезжаемости таких дорог влияют типы грунтов.
Таким образом, на проезжаемость автомобильных дорог оказывают влияние следующие факторы: состояние и прочность дорожной одежды; состояние проезжей части; природно-климатические условия.
Опыт эксплуатации дорог с незначительной интенсивностью движения показывает, что с экономической точки зрения имеет смысл закрывать движение на отдельных дорогах низких категорий в неблагоприятные периоды. Этот способ снижения стоимости строительства дорог широко используется дорожниками Индии. Вместо водопропускных труб строят лотки, обеспечивающие пропуск воды в период паводка. Большую часть года эти лотки проезжаемы, так как реки оказываются полностью пересохшими.
Весьма полезным является наличие в дорожно-эксплуатационных участках карт или схем степени проезжаемости дорог для разных транспортных средств. Сведения о проезжаемости дорог необходимы для планирования маршрутов пассажирских и грузовых перевозок автотранспортными предприятиями. Учет показателей надежности и проезжаемости автомобильных дорог позволяет давать более полную характеристику транспортно-эксплуатационного состояния дороги.
4.2. Ровность дорожного покрытия
Ровность дорожного покрытия является одним из основных показателей, характеризующих удобство движения по дороге и оказывающих решающее влияние на скорость движения автомобилей и транспортную работу дороги в целом.
При плохом состоянии дорожного покрытия значительно ухудшаются условия движения: появляются вредные для водителя и автомобиля вибрации, существенно усложняются условия работы водителя, так как ему длительное время приходится отслеживать состояние проезжей части, часто изменяя траекторию движения, осуществляя торможение и разгоны. Всем этим внимание водителя отвлекается от других важных с точки зрения безопасности дорожного движения элементов дороги и автомобиля. Поэтому ухудшение ровности дорожного покрытия приводит к повышению аварийности.
Простейшим прибором для определения ровности дорожного покрытия и основания является трехметровая рейка (рис. 4.2, а).
Степень ровности дорожного покрытия оценивается по зазору между нижней плоскостью рейки, уложенной на проезжую часть, и поверхностью дорожного покрытия.
Рис. 4.2. Трехметровая рейка (а) с мерным клином (б)
Рис. 4.3. Передвижная двухопорная рейка ПКР-1:
1 - шкала замера неровностей; 2 - колесо-индикатор
Просветы под трехметровой рейкой измеряются с помощью клина (рис. 4.2, б) в пяти контрольных точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от концов рейки и друг от друга. Места приложения рейки должны равномерно располагаться по длине участка измерений. Общее число измерений просветов под рейкой на участке измерений должно быть не менее 120. Максимальный просвет под рейкой допускается не более 5 мм.
Основным недостатком такого способа определения ровности дорожного покрытия является высокая трудоемкость и недостаточная точность.
К более совершенным приборам измерения ровности дорожного покрытия относятся двухопорная рейка ПКР-1 (рис. 4.3) и прибор РК-1 (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Прибор РК-1:
1 - измерительная рейка; 2 - электрический кабель;
3 - электронный измерительный блок
При измерении ровности дорожного покрытия двухопорная рейка (см. рис. 4.3) прокатывается по проезжей части и через равные расстояния (обычно через 1...3 м) регистрируются размеры просветов.
Прибор РК-1 (см. рис. 4.4) предназначен для оценки ровности дорожного покрытия при приемке выполненных дорожно-строительных и ремонтных работ.
Прибор состоит из измерительной рейки 1 длиной 3 м и электронного измерительного блока 3, соединенного с рейкой посредством гибкого электрического кабеля 2. На рейке установлены пять бесконтактных датчиков линейных перемещений, размещенных вдоль рейки через 50 см. К корпусу рейки прикреплены поворотные кронштейны, на которых установлены колеса. В середине рейки закреплен рычаг управления. На заднем колесе установлен бесконтактный датчик для регистрации пройденного пути. На лицевой панели электронного блока установлен двоичный переключатель, служащий для ввода значения допускаемого просвета для данного типа дорожного покрытия путем набора цифр.
На контролируемом участке дороги рейку перемещают и через определенные расстояния прикладывают к дорожному покрытию. В месте измерения просветов производят запись размеров просветов в память прибора с суммированием их числа в трех диапазонах: до предельного значения просвета, от предельного до двукратного значения и свыше этого значения.
В приборе предусмотрена сигнализация при обнаружении просветов свыше двукратного значения заданного предела (место брака дорожного покрытия). Диапазон измерений дорожных просветов составляет 0...50 мм.
Ровность дорожного покрытия также может быть измерена путем суммирования колебаний кузова движущегося автомобиля относительно его заднего моста.
Приборы для оценки ровности дорожного покрытия по сумме сжатия рессор называют толчкомерами.
Существуют разные конструкции толчкомеров: ТХК-2, ПКРС-2, ТЭД-2М, ИВП-1М и др.
Толчкомер конструкции ТХК-2 (рис. 4.5) устанавливают в кузове автомобиля над его задним мостом.
Колебания рессор через гибкий трос передаются на барабан счетного механизма толчкомера. Ровность дорожного покрытия оценивают суммарным сжатием рессор автомобиля на участке дороги длиной 1 км при постоянной скорости движения 50 км/ч. Регистрация показаний толчкомера осуществляется на бумажной ленте печатающего устройства счетного механизма, включаемого в нужный момент времени. Производительность толчкомера ТХК-2 составляет 170 км/смена.
|
Рис. 4.5. Толчкомер ТХК-2: 1 - кузов автомобиля; 2 - шкала замера неровностей; 3 - трос; 4 - задний мост автомобиля |
По результатам измерений строят линейный график ровности дорожного покрытия (толчкограмму).
Установлена устойчивая корреляционная зависимость между показаниями толчкомера ТХК-2 и средним размером просвета под трехметровой рейкой:
(4.5)
где STХК - показания толчкомера, см/км; h - средний размер просвета под трехметровой рейкой, мм.
Динамометрическая установка ПКРС-2 (рис. 4.6) состоит из прицепного одноколесного прибора, оборудованного датчиком
Рис. 4.6. Динамометрическая установка ПКРС-2:
1 - тормозная педаль прицепа; 2 - пульт управления; 3 - рычаг водополива;
4 - место оператора; 5 - бак для воды
ровности дорожного покрытия и установленного в автомобиле пульта управления.
Измерения производят в следующем порядке. Включают электропитание записывающего устройства, развивают скорость движения автомобиля до 50 км/ч до начала контролируемого участка, включают записывающее устройство.
На графике записывающего устройства фиксируют значения показателя ровности дорожного покрытия (в см/км).
В случае несоответствия постоянной скорости движения автомобиля по каким-либо причинам значению 50 км/ч полученные при этой скорости движения, например при 60 км/ч, показания приводят к значению показателя при скорости 50 км/ч по формуле
(4.6)
где Sυ - показание толчкомера при фактической скорости движения, см/км; υcp - средняя скорость движения автомобиля, υcp = 35...65 км/ч.
Результаты измерений сравнивают с минимально допустимыми, в результате чего выявляют участки с неудовлетворительной ровностью дорожного покрытия.
Динамометрический прицеп типа ПКРС-2У представляет собой, как и установка ПКРС-2, одноколесный прицеп, буксируемый автомобилем. Благодаря наличию сцепки, изготовленной в виде параллелограмма, наружная рама прицепа постоянно сохраняет положение, параллельное поверхности дорожного полотна. Прицеп используют в составе передвижной дорожной лаборатории КП-514МП или любого транспортного средства, снабженного бортовым компьютером. Показатель ровности дорожного покрытия определяют по суммарному перемещению колеса прицепа относительно инерционной массы его корпуса на единицу длины дороги.
Достоинствами электронного толчкомера с дистанционным управлением ТЭД-2М (рис. 4.7) являются следующие:
использование муфты прямого и обратного хода, полностью исключающей люфты по сравнению с другими толчкомерами;
использование индуктивного или оптронного датчика импульсов, позволяющего осуществлять счет до 1000 имп./мин;
использование электронного счетчика импульсов толчкомера, собранного на интегральных микросхемах с цифровой индикацией на световом табло;
наличие электронного секундомера (таймера), синхронно работающего со счетчиком импульсов;
Рис. 4.7. Толчкомер ТЭД-2М:
1 - датчик; 2 - ось; 3 - муфта прямого и обратного хода; 4 - обтюратор; 5 - пружина;
6 - корпус прибора; 7 - приводной барабан; 8 - отверстие в днище кузова; 9 - трос;
10 - задний мост автомобиля
• наличие запоминающего устройства счета импульсов и времени;
• дистанционное управление, позволяющее оператору находиться в любой точке кузова автомобиля.
Толчкомер ТЭД-2М состоит из двух основных узлов: механической части датчика импульсов и электронного счетчика импульсов с таймером в блоке дистанционного управления.
Механическая часть датчика импульсов состоит из приводного барабана 7, соединенного с муфтой 3 прямого и обратного хода. Вращение приводного барабана на оси 2 осуществляется под воздействием вертикальных перемещений троса 9, один конец которого закреплен через пружину 5 к корпусу прибора 6, второй - к заднему мосту 10 автомобиля через отверстие 8 в днище кузова автомобиля.
При воздействии неровностей на движущийся автомобиль происходит вертикальное перемещение заднего моста автомобиля относительно кузова, которое фиксируется муфтой 3 прямого и обратного хода путем вращения обтюратора 4 только в одном направлении. Лепестки обтюратора проходят в непосредственной близости от датчика 1, за счет чего сигнал с выхода датчика поступает на электронный счетчик. Вертикальное перемещение троса на 1 см дорожного покрытия дает один импульс на электронный счетчик.
При длине измеряемого участка менее или более 1 км показания толчкомера приводят к нормированной единице измерения см/км:
(4.7)
где S1 - показания толчкомера; LH - нормированная длина участка, км; L1 - длина контролируемого участка, км.
При измерении ровности дорожного покрытия проезд автомобиля должен осуществляться по полосам наката. Число проездов по каждой полосе движения (в прямом и обратном направлении) должно составлять для дорог I, II категорий три проезда; III, IV категорий - два проезда; V категории - один проезд.
Дорожное покрытие удовлетворяет требуемым условиям эксплуатации по ровности при величине фактического показателя ровности дорожного покрытия меньше предельно допустимого значения или равного ему (табл. 4.1).
Таблица 4.1
|
Интенсивность движения, авт./сут. |
Категория дороги |
Тип дорожной одежды |
Предельно допустимый показатель продольной ровности дорожного покрытия, см/км |
Допустимое число просветов под трехметровой рейкой, превышающих указанные в СниП 3.06.03-85, % |
||
|
по прибору ПКРС-2 |
по толчкомеру ТХК-2, установленному на автомобиле |
|||||
|
УАЗ-2206 |
ГАЗ-31022 «ГАЗель» |
|||||
|
Более 7000 |
I |
Капитальный |
540 |
100 |
220 |
6 |
|
3000 - 7000 |
II |
То же |
660 |
120 |
270 |
7 |
|
1000 - 3000 |
III |
» |
860 |
170 |
350 |
9 |
|
Облегченный |
1100 |
240 |
460 |
12 |
||
|
500 - 1000 |
IV |
Тоже |
1200 |
265 |
500 |
14 |
|
200 - 500 |
Переходного типа |
- |
340 |
510 |
- |
|
|
До 200 |
V |
Низший |
- |
510 |
720 |
- |
|
Рис. 4.8. Интегратор АИН-1: 1 - трос спидометра; 2 - датчик расстояния; 3 - спидометр; 4 - микрокомпьютер; 5 - гибкий трос; 6 - задний мост автомобиля; 7 - датчик перемещений |
Недостатком измерения ровности дорожного покрытия толчкомерами типа ТХК-2 и ПКРС-2 является получение с их помощью только общей суммы сжатия рессор на участке длиной 1 км. По этим показаниям невозможно определить величину отдельных неровностей.
Автоматический интегратор неровности АИН-1 (рис. 4.8) позволяет классифицировать все неровности в зависимости от их величины на семь классов.
Все указанные выше толчкомеры не позволяют определить неровности с длиной волны более 0,3 м.
Наиболее совершенным прибором, применяемым в России, является профилометр ДПП (динамический преобразователь профиля), разработанный в 1960-х гг. в МАДИ под руководством проф. А.А. Хачатурова (рис. 4.9). Данный прибор в процессе движения позволяет записывать микропрофиль поверхности дороги и полностью
Рис. 4.9. Схема прибора для записи микропрофиля конструкции МАДИ:
1 - буксирующий автомобиль; 2 - шарнирное сцепное устройство; 3 - ось вращения маятника;
4 - амортизатор, гасящий колебания; 5 - наружная рама; 6 - внутренняя рама; 7 - груз;
8 - «медленный» маятник; 9 - датчик относительных перемещений маятника
|
Рис. 4.10. Схема прибора РИКАД-2: В - ширина участка контакта шины с поверхности дороги; сs - жесткость амортизатора; ks - жесткость упругого элемента подвески; k1 - жесткость шины |
автоматизировать процесс измерения ровности, обработки получаемой информации на ЭВМ и выдачи результатов в международных индексах ровности IRI. Принцип действия прибора основан на свойстве «медленного» маятника «запоминать» свое первоначальное положение, что позволяет регистрировать перемещение рамы прибора относительно маятника.
В Росдорнии разработан прибор РИКАД-2 (рис. 4.10) для определения параметров микропрофиля автомобильной дороги. Прибор входит с состав диагностического комплекса АДК-м, относится к установкам профилометрического типа и предназначен для определения международного индекса ровности IRI, который рассчитывается путем моделирования движения по микропрофилю 1/4 части расчетного автомобиля.
Прибор РИКАД-2 состоит из датчиков, регистрирующих пройденный путь и вертикальные перемещения и устанавливаемых на оси колеса и кузове автомобиля, электронного блока регистрации результатов измерений и бортового компьютера.
Во многих странах для определения ровности дорожного покрытия используют французский анализатор продольного профиля APL-25 (рис. 4.11), предназначенный для измерения неровностей дорожного покрытия с амплитудой 50 мм и длиной волны 0,3...15 м.
Рис. 4.11. Анализатор продольного профиля APL-25:
1 - устройство контроля скорости движения автомобиля; 2 - устройство усиления сигнала;
3 - устройство записи информации; 4 - измерительный прицеп
Анализатор состоит из измерительного прицепа 4, устройства усиления сигнала 2 и записи информации 3 на магнитном носителе, устройства 1 контроля скорости движения.
При измерении ровности дорожного покрытия автомобиль должен двигаться со скоростью 21,6 км/ч ±2%. Скорость движения контролируется тахометром. Профиль дорожной поверхности регистрируется анализатором APL-25 по величине измерения угла α между несущей балкой и эталонным инерционным маятником. Во время движения анализатора индуктивным датчиком происходит непрерывное измерение угла α, который прямо пропорционален вертикальным перемещениям измерительного колеса и, следовательно, неровностям дорожного профиля.
В последние годы многими странами принята новая система определения ровности дорожного покрытия. За показатель ровности дорожного покрытия принимается международный индекс ровности - IRI (Internation Roughness Index), который определяется как отношение сумм вертикального перемещения измерительного колеса прицепа к пройденному расстоянию.
Для определения IRI применяется анализатор продольного профиля APL-72, представляющий собой одноколесный прицеп, буксируемый с постоянной скоростью автомобилем. Анализатор снабжен датчиком пройденного пути и персональным компьютером типа Notebook для записи, обработки и хранения результатов измерений.
Анализатор позволяет определять неровности дорожного покрытия высотой ±10 см и длиной волны 0,2...100 м. При измерении должна обеспечиваться скорость движения, равная 21,6 или 72 км/ч ±10 %. Производительность анализатора составляет 100 км/смена.
Существуют следующие корреляционные зависимости между толчкомерами разной конструкции:
• ТХК-2 и ТЭД-2М:
(4.8)
где STXK, STЭД - значения ровности дорожного покрытия, измеренные при помощи ТХК-2 и ТЭД-2М соответственно;
• ИВП-1М и ТЭД-2М:
SТЭД = 0,83SИВП + 20,45, (4.9)
где SИВП - значения ровности дорожного покрытия, измеренные при помощи толчкомера ИВП-1М;
• ТХК-2 и ИВП-1М:
(4.10)
• ТХК-2 и APL-72:
при значениях индексов ровности, превышающих 2,5 м/км по шкале IRI:
(4.11)
где IRI - значения международного индекса ровности, м/км; а, b, с - коэффициенты, определенные в результате сравнительных испытаний;
при значениях индекса ровности менее 2,5 м/км по шкале IRI:
(4.12)
Зависимости, связывающие показания толчкомеров разной конструкции с показаниями IRI, действительны только для конкретного прибора и автомобиля, участвующего в сравнительных испытаниях.
Требования отечественной нормативной документации к ровности дорожных покрытий автомобильных дорог соответствуют следующим значениям IRI: для дорог I, II категорий значение показателя IRI не должно превышать 4,5...4,7 м/км, для III категории - 5,3...5,5 м/км, для IV категории - 6,3...6,5 м/км.
Ровность дорожного покрытия оказывает большое влияние на скорость движения. По мере ухудшения ровности происходит снижение скорости движения автомобилей всех типов (рис. 4.12, а). Эта зависимость с достаточной точностью может быть описана уравнениями:
для легковых автомобилей при 5 < S < 8000 см/км
υ = 70,0 - 0,016 S; (4.13)
Рис. 4.12. Влияние ровности дорожного покрытия на скорость движения
(а) и аварийность (б):
1 - для легковых автомобилей; 2 - для грузовых автомобилей
для грузовых автомобилей при 5 < S < 8000 см/км
υ = 55,0 - 0,023 S, (4.14)
где S - показания толчкомера, см/км.
Общий анализ данных о дорожно-транспортных происшествиях показывает, что с ухудшением ровности дорожного покрытия число дорожно-транспортных происшествий возрастает (рис. 4.12, б). Однако рост дорожно-транспортных происшествий наблюдается до некоторого предела, затем происходит резкое снижение числа происшествий вследствие уменьшения скорости движения автомобилей из-за плохой ровности дорожного покрытия.
Установлена следующая зависимость для оценки числа дорожно-транспортных происшествий на 1 млн авт. • км при 80 < S < 300 см/км:
(4.15)
где S - показание толчкомера при скорости 50 км/ч, см/км.
Основными причинами дорожно-транспортных происшествий на участках дорог с неудовлетворительной ровностью дорожного покрытия являются взаимное столкновение автомобилей, движущихся на малой дистанции, при резком торможении переднего автомобиля перед неровностью (или выбоиной), а также столкновения автомобилей при внезапных заездах на полосу встречного движения при объезде неровностей.
Возможны также дорожно-транспортные происшествия в ночное время вследствие ослепления водителей отраженным светом фар от поверхности воды, заполняющей неровности.
Практика показывает, что при очень высокой ровности дорожного покрытия водители склонны к превышению безопасных скоростей движения. Поэтому в настоящее время наряду с решением проблемы обеспечения высокой ровности дорожного покрытия ставится задача разработки мероприятий по предупреждению водителей о превышении безопасной скорости движения.
Одним из таких мероприятий является устройство шумовых и трясущих поперечных полос на опасных участках дорог.
Шумовые поперечные полосы получают путем поверхностной обработки дорожного покрытия битумно-щебеночной смесью с крупностью щебня 5...15 и 15...25 мм. Трясущие поперечные полосы шириной 0,5...1 м и высотой 5...10 см выполняют из асфальтобетона. Использование таких полос приводит к значительному снижению скоростей движения автомобилей.
Необходимо сочетание создания хорошей ровности дорожного покрытия с обустройством дороги, обеспечивающим оптимальную эмоциональную напряженность водителя.
Конечным результатом ухудшения ровности дорожного покрытия является рост себестоимости автомобильных перевозок. Получена следующая зависимость относительной себестоимости перевозок от ровности дорожного покрытия:
|
Показания толчкомера, см/км……..... |
20 |
100 |
250 |
500 |
1000 |
|
Относительная себестоимость перевозок, %.................................................... |
100 |
110 |
127 |
156 |
227 |
Ухудшение ровности дорожного покрытия, отражаемое показаниями толчкомера S, см/км, связано с количеством грузов Q, млн. т брутто, которое может пропустить дорога, линейной зависимостью:
S = α Q + β. (4.16)
Значения коэффициентов α и β в уравнении (4.16) зависят от типа дорожного покрытия:
|
Дорожные покрытия |
α |
β |
|
Усовершенствованные: капитальные (нежесткие)……………………. |
9 |
60 |
|
облегченные……………………………………. |
23,5 |
90 |
|
Переходные: обработанные вяжущим………………………. |
47 |
140 |
|
необработанные………………………………… |
110 |
270 |
Продолжение эксплуатации дорожных покрытий при показаниях толчкомера, превышающих 500 см/км, ведет к прогрессирующему ухудшению их ровности, появлению выбоин вплоть до разрушения дорожных покрытий.
Требования к предельно допустимому снижению ровности дорожного покрытия нормируются по минимуму суммарных приведенных расходов автомобильного транспорта на перевозки грузов и дорожного хозяйства, на ремонты дорожных покрытий.
Таблица 4.2
|
Тип дорожного покрытия |
Предельно допустимые показатели толчкомера, см/км, при интенсивности движения, авт./сут, |
||||
|
Менее 500 |
500...1000 |
1000…2000 |
2000...3000 |
Более 3000 |
|
|
Асфальтобетонное, цементобетонное |
- |
220...270 |
160...220 |
130...160 |
130 |
|
Гравийное и щебеночное, обработанные органическими вяжущими |
400 |
290...400 |
290...400 |
180...200 |
- |
Таблица 4.3
|
Тип дорожного покрытия |
Показание толчкомера, см/км, для дорог |
Состояние дорожного покрытия |
|
|
I, II категорий |
III категории |
||
|
Асфальтобетонное |
Менее 50 |
Менее 50 |
Отличное |
|
50...100 |
50...150 |
Хорошее |
|
|
100...200 |
150...300 |
Удовлетворительное |
|
|
Более 200 |
Более 300 |
Неудовлетворительное |
|
|
Цементобетонное |
Менее 50 |
Менее 75 |
Отличное |
|
50...100 |
75...200 |
Хорошее |
|
|
100...200 |
200...300 |
Удовлетворительное |
|
|
Более 200 |
Более 300 |
Неудовлетворительное |
При этом учитывается ежегодный прирост интенсивности движения, снижение скорости на неровных покрытиях и ряд других факторов. Дифференцированные требования к предельным допустимым показаниям толчкомера в период эксплуатации дороги, установленные по минимуму суммарных приведенных расходов, указаны в таблице 4.2.
Показания толчкомера дают возможность оценить состояние дорожного покрытия (табл. 4.3).
Рис. 4.13. Зависимость срока службы дорожного покрытия облегченного типа между средними ремонтами от предельно допустимого значения ровности дорожного покрытия при исходном уровне перевозок на дороге:
1 - 0,3 млн. т брутто; 2 - 1 млн. т брутто; 3 - 2 млн. т брутто;
4 - 3 млн. т брутто; 5 - 4 млн. т брутто;
6 - 5 млн. т брутто
При нормировании межремонтных сроков необходим учет уменьшения срока службы дорожного покрытия до очередного ремонта в связи с ростом интенсивности движения. С учетом этого задача нормирования может быть решена как возвращение ровности дорожного покрытия путем проведения среднего ремонта к исходному уровню до достижения некоторого предельного значения ровности Sпpeд. Зависимость сроков службы дорожного покрытия между средними ремонтами от предельного значения ровности дорожного покрытия при ежегодном росте объемов перевозок приведена на рис. 4.13.
Поддержание ровности дорожного покрытия позволяет существенно снизить расходы как на ремонт автомобилей, так и на ремонт дорожной одежды.
4.3. Скользкость и шероховатость дорожного покрытия
Скользкость дорожного покрытия - важнейшая характеристика транспортно-эксплуатационного состояния дороги. Критерием скользкости дорожного покрытия является коэффициент сцепления. Недостаточное сцепление шины колеса с дорожным покрытием является, как правило, первопричиной дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями (рис. 4.13).
Статистика показывает, что вследствие низкого значения коэффициента сцепления в весенний и осенний периоды происходит до 70 % всех дорожно-транспортных происшествий, в летний период - 30 %. Вместе с тем коэффициент сцепления мало влияет на скорость движения.
|
Рис. 4.14. Влияние коэффициента сцепления на аварийность |
Так, снижение скорости движения при увлажнении дорожного покрытия не превышает 10...12 км/ч. Проведенные в США исследования на участке автомобильной магистрали после увлажнения дорожного покрытия показывают незначительные уменьшения средних скоростей движения (всего на 3...5 км/ч). Наиболее резкое снижение скорости (на 20 км/ч) наблюдается при появлении гололеда, поскольку водители в этот период наиболее осторожны. Для рекомендации водителям безопасных режимов движения, |
|
Рис. 4.15. Маятниковый прибор МП-3: 1 - маятник; 2 - станина; 3 - мерная шкала; 4 - штанга |
а также для выявления участков дорог с низкими сцепными качествами необходимы данные о значении коэффициента сцепления.
Коэффициент сцепления измеряют с помощью портативных (малогабаритных) приборов, динамометрических установок и методом торможения.
При измерении коэффициента сцепления портативными приборами не требуется специальных установок и автомобилей. С помощью этих приборов возможно измерение коэффициента продольного сцепления на площадях ограниченного размера.
Недостатком портативных приборов являются малые размеры резинового элемента, имитирующего протектор автомобильной шины. По этой причине такие приборы не используют для измерения коэффициента сцепления грубошероховатой поверхности. Другим недостатком портативных приборов является моделирование качения колеса автомобиля с низкими скоростями.
Существуют разные конструкции портативных приборов.
Маятниковый прибор МП-3 (рис. 4.15) состоит из станины 2, штанги 4 с укрепленной на ней мерной шкалой 3 и маятника 1.
Прибор устанавливают на поверхности дорожного покрытия, штангу приводят в вертикальное положение по уровню. Маятник укрепляют в горизонтальном положении, поверхность дорожного покрытия смачивают водой, маятник отпускают.
|
Рис. 4.16. Портативный маятниковый прибор Транспортной дорожной исследовательской лаборатории Великобритании: 1 - стрелка, фиксирующая отклонения маятника; 2 - ручка для переноски прибора; 3 - рычаг, перемещающий указательную стрелку при падении маятника; 4 - вставка из протекторной резины; 5 - маятник; 6 - установочные винты, обеспечивающие касание резины с поверхностью дорожного покрытия |
Отпущенный маятник падает, проскальзывая обрезиненным башмаком по поверхности дорожного покрытия, затем поднимается на определенный угол, который фиксируется на шкале прибора. Больший угол подъема маятника соответствует большей скользкости поверхности дорожного покрытия.
За рубежом наиболее распространен прибор Транспортной дорожной исследовательской лаборатории Великобритании (рис. 4.16).
Портативный прибор ППК-2 разработки МАДИ - ВНИИБД (рис. 4.17) состоит из штанги 5 со скользящим по ней грузом 7 массой 9 кг, подвижной муфты 4 и пружины 10, соединяющей два резиновых имитатора 1.
При испытании прибор устанавливают таким образом, чтобы имитаторы находились на расстоянии (10 ± 1) мм над дорожным покрытием. Подвижный груз закрепляется в верхнем положении стойки. После увлажнения поверхности дорожного покрытия груз освобождается, ударяя по подвижной муфте. Под действием удара груза имитаторы прижимаются и перемещаются по поверхности дорожного покрытия. По положению измерительной шайбы на шкале определяют коэффициент сцепления.
Рис. 4.17. Портативный прибор ударного действия:
1 - имитаторы; 2 - шарнир; 3 - тяга; 4 - подвижная муфта; 5 - опорная штанга;
6 - устройство сброса груза; 7 - груз; 8 - центральная пружина; 9 - регистрирующая шайба;
10 - стягивающая пружина; 11 - шкала коэффициентов сцепления
Коэффициент продольного сцепления дорожного покрытия измеряют не менее чем на трех участках на каждом километре каждой полосы движения. В каждом месте делают по три измерения. При наличии между измерениями расхождений, превышающих 0,05, число измерений увеличивают до пяти. За показатель скользкости принимают среднее арифметическое значение коэффициента сцепления. Результаты измерений на всем протяжении сдаваемого участка наносят на линейный график.
Определение коэффициента сцепления с помощью динамометрических установок производят при движении автомобиля с определенной скоростью. Существует много конструкций динамометрических установок. Как правило, установки состоят из одноколесного прицепа. Наиболее совершенной является динамометрическая установка типа ПКРС-2 (см. рис. 4.6).
Динамометрическими тележками определяют коэффициент сцепления по силе тяги, необходимой для протаскивания по дорожному покрытию заторможенного колеса с заданной постоянной скоростью. Сила сцепления шины тележки и дорожного покрытия при торможении Рх, Н, определяется динамометром.
Коэффициент продольного φ1 сцепления определяют по формуле
φ1 = Рх/G, (4.17)
где G - вертикальная нагрузка, которая передается колесом на дорогу, Н.
В тележках подобной конструкции направление усилий совпадает с плоскостью качения колеса.
Измерение коэффициента продольного сцепления следует производить не ранее чем через 2 недели после окончания устройства дорожного покрытия.
На дорогах и улицах, находящихся в эксплуатации, испытания следует проводить при движении испытательного колеса по полосе наката левых колес транспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах и улицах с вновь устроенным дорожным покрытием - в пределах всей ширины полосы движения.
На каждом из испытуемых участков длиной не менее 1 км последовательно выполняют не менее пяти испытаний.
Во Франции для определения коэффициента продольного сцепления применяют установку Grip Tester. С ее помощью проводят измерение сил трения колеса с гладким протектором на влажном дорожном покрытии при движении с коэффициентом проскальзывания 15 %.
Установка представляет собой прицеп, буксируемый автомобилем, оснащена персональным компьютером типа Notebook для записи, обработки и хранения результатов измерений.
Скорость движения при выполнении измерений 15...30 км/ч, производительность 60 км/смена.
При отсутствии специальных динамометрических прицепов и портативных приборов разрешается определение коэффициента сцепления методом тормозного пути или по отрицательному ускорению.
Для контроля сцепления дорожного покрытия по отрицательному ускорению необходимо оборудование автомобиля регистрирующей аппаратурой и акселерометром - прибором, измеряющим отрицательное ускорение в процессе торможения. Автомобиль с установленным акселерометром разгоняют до определенной скорости (40...50 км/ч), а затем резко тормозят. Через 3...4 с торможение прекращают и берут отсчет по акселерометру.
Коэффициент продольного сцепления определяют по формуле
φ1 = j/g, (4.18)
где j - отрицательное ускорение, м/с2; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
Однако приведенная зависимость справедлива только для горизонтальных участков дороги и прямолинейного движения автомобиля.
Для измерения коэффициента сцепления методом тормозного пути автомобиль разгоняют по увлажненному дорожному покрытию до скорости не выше 40...50 км/ч и в момент пересечения намеченного створа тормозят до полной остановки. Коэффициент продольного сцепления в этом случае определяют по длине измеренного тормозного пути:
(4.19)
где Кэ - коэффициент эффективности торможения, для легковых автомобилей Кэ = 1,2; υ - скорость в начале торможения, км/ч; ST - длина тормозного пути, м; i - продольный уклон дорожного покрытия (знак «минус» для движения на подъеме, знак «плюс» для движения на спуске), отн. ед.
Результаты измерений методом тормозного пути несколько превышают значения, полученные с помощью динамометрического прицепа.
Существенное влияние на коэффициент сцепления оказывает температура воздуха.
В качестве эталона принимают коэффициент сцепления, полученный при температуре воздуха 20 °С.
При определении коэффициента сцепления при других температурах вводят поправки:
Температура
воздуха, °С……0 5 10 15 20 25 30 35 40
Поправка……-0,06 -0,04 -0,03 -0,02 0 +0,01 +0,01 +0,02 +0,02
Состояние дорожного покрытия по сцепным качествам оценивают путем сравнения фактического значения коэффициента продольного сцепления с его предельно допустимым значением. Дорожное покрытие удовлетворяет требованиям эксплуатации, если фактическое значение коэффициента сцепления оказывается больше предельно допустимого значения или равным ему. Предельно допустимое значение коэффициента продольного сцепления установлено в ГОСТ Р 50597 - 93 «Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения» и составляет 0,3 при измерении шиной без рисунка протектора и 0,4 при измерении шиной, имеющей рисунок протектора.
С целью повышения коэффициента сцепления устраивают поверхностную обработку, обеспечивающую высокую шероховатость, или устраивают дорожные покрытия, способствующие быстрому отводу поверхностного стока с дороги.
Требуемые значения коэффициента сцепления для дорог I - III категорий в зависимости от особенностей их участков и условий движения при увлажненной поверхности дорожного покрытия приведены в табл. 4.4.
Таблица 4.4
|
Условия движения |
Характеристика участков дорог |
Коэффициент продольного сцепления φ1 |
|
Легкие |
Участки прямые или на кривых в плане радиусами 1000 м и более, горизонтальные с продольными уклонами не более 30 %, с элементами поперечного профиля, с укрепленными обочинами, без пересечений в одном уровне, при загрузке не более 0,3 |
0,45 |
|
Затрудненные |
Участки на кривых в плане радиусами 250...1000 м, на спусках и подъемах с уклонами 30...60 %, в зонах сужений проезжей части, а также участки, отнесенные к легким условиям движения при уровне загрузки в пределах 0,3...0,5 |
0,45…0,5 |
|
Опасные |
Участки с видимостью менее расчетной; подъемы и спуски с уклонами, превышающими расчетные; зоны пересечений в одном уровне; участки, отнесенные к легким и затрудненным условиям, при уровнях загрузки свыше 0,5 |
0,6 |
Появление приборов, позволяющих измерять коэффициент поперечного сцепления, дает возможность нормирования значений этого коэффициента. В ряде стран (Великобритания, Франция и др.) коэффициент поперечного сцепления принят в качестве основного показателя сцепных качеств дорожного покрытия, так как он более точно отражает взаимодействие шины колеса автомобиля с дорожным покрытием в момент дорожно-транспортного происшествия.
Исследования показывают, что значения коэффициента сцепления зависят от многих факторов, связанных с состоянием дорожного покрытия, шины, условиями взаимодействия шины с дорожным покрытием. Существенное влияние на коэффициент сцепления оказывают скорость движения, рисунок протектора, давление в шинах, нагрузка на колесо, режим торможения и особенно тип дорожного покрытия, его состояние, температура и шероховатость (рис. 4.18).
Шероховатость поверхности дорожных покрытий - один из важнейших транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог, обусловливающий надежность контакта автомобильной шины с поверхностью дорожного покрытия и в большей степени влияющий на безопасность движения транспортных средств.
Микрошероховатость характеризуется неровностями длиной менее 2...3 мм и высотой 0,2...0,3 мм. Неровности длиной более 2...3 мм и высотой более 0,2...0,3 мм называются макрошероховатостью.
При определении состояния дорожного покрытия чаще всего оценивают макрошероховатость, к которой предъявляют противоречивые требования. С одной стороны, макрошероховатость должна быть как можно меньшей,
Рис. 4.18. Зависимость коэффициента поперечного сцепления
от шероховатости дорожного покрытия
чтобы обеспечивалась наибольшая площадь контакта протектора шины с поверхностью дорожного покрытия.
С другой стороны, дорожная поверхность должна быть достаточно грубой, что должно способствовать быстрому отводу воды из площадки контакта и предупреждению тем самым явления аквапланирования. Однако увеличение макрошероховатости ведет к возрастанию сопротивления качению, износу шин и уровня шума.
Основными параметрами, характеризующими макрошероховатость, являются высота выступов, средняя высота выступов, шаг неровностей (расстояние между соседними вершинами неровностей), средний шаг неровностей.
Для измерения параметров шероховатости поверхности дорожного покрытия применяют приборы разных типов, которые по принципу действия подразделяют на контактные и бесконтактные.
Простейшим методом измерения шероховатости является метод песчаного пятна, который заключается в распределении на поверхности дорожного покрытия определенного объема песка (обычно 10...30 см3) с размером частиц 0,15...0,3 мм. Песок распределяется вровень с поверхностью отдельных выступов дорожного покрытия, придавая песчаному пятну форму правильного круга. По измеренному диаметру пятна D и объему песка V вычисляют среднюю глубину шероховатости:
(4.20)
При вычисленной средней глубине шероховатости на участках дорог с продольными уклонами до 30 ‰ на дорожных покрытиях с применением органических вяжущих,
составляющей менее 0,7 мм, а на цементобетонных покрытиях менее 0,5 мм, шероховатость считается неудовлетворительной, при средней глубине шероховатости соответственно 0,7...1,5 и 0,5...0,6 мм - удовлетворительной, 1,5...2 и 0,6...0,8 мм - хорошей и при средней глубине более 2 и 0,8 мм - очень хорошей.
Для безопасного движения на участках дорог с большими уклонами средняя глубина шероховатости должна быть не менее следующих значений:
|
Уклон, ‰…………………………………………………… |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
Средняя глубина шероховатости, мм…………………... |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
5 |
С помощью приборов контактного типа обеспечивается возможность копирования контуров поверхности и определения числовых значений параметров шероховатости.
Принцип работы таких приборов основан на ощупывании неровностей поверхности щупом
Рис. 4.19. Прибор игольчатый типа ПКШ-4:
1 - игла-щуп; 2 - зажимные планки; 3 - опоры
с последующим копированием контуров шероховатости на миллиметровую бумагу или преобразованием механических колебаний в электрические. После обработки полученных профилограмм определяют числовые значения параметров шероховатости.
Игольчатый прибор ПКШ-4 (рис. 4.19) состоит из тонких игл 1, закрепленных между зажимными планками 2. Внизу планок имеются опоры 3.
При измерении неровностей прибор ПКШ-4 устанавливают на дорожное покрытие и слегка вдавливают так, чтобы иглами прибора точно копировался рельеф поверхности дорожного покрытия. Полученный микропрофиль переносят на миллиметровую бумагу и определяют высоту выступов, средний шаг и средний угол при вершине. Измерения проводят дважды с установкой прибора вдоль оси дороги и перпендикулярно.
Рис. 4.20. Магнитный прибор для измерения средней глубины впадин
макрошероховатости дорожного покрытия:
1 - металлические шарики; 2 - магнит; 3 - корпус; 4 - шкала; 5 - указатель средней глубины впадин;
6 - шток с ручкой; 7 - стопорный винт; 8 – выключатель электрической цепи; 9 - лампочка-сигнализатор;
10 - источник тока (12 В)
При расхождении в результатах более чем на 10 % требуются дополнительные измерения с установкой прибора под углом 45° к оси дороги.
В магнитном приборе для измерения средней глубины впадин неровностей (рис. 4.20) используют мелкие металлические шарики.
При проведении испытания прибор устанавливают на поверхность дороги, при этом мелкими металлическими шариками заполняют все впадины шероховатости в пределах внутреннего диаметра цилиндра и по шкале определяют среднюю глубину шероховатости. После снятия отсчета прибор переносят на новую точку измерений.
Действие профилографа (рис. 4.21) основано на ощупывании поверхности дорожного покрытия специальным щупом и вычерчивании профиля неровностей на миллиметровой бумаге. По полученному микропрофилю определяют среднюю высоту выступов, средний шаг, средний угол при вершине выступов.
Для определения микрошероховатости применяют индуктивный профилограф (рис. 4.22), который позволяет определять параметры микрошероховатости как в лабораторных, так и в полевых условиях.
Прибор работает по принципу ощупывания исследуемой поверхности алмазной иглой с радиусом кривизны при вершине 10 мкм с последующим преобразованием механических колебаний иглы в пропорциональные изменения электрического напряжения. Пределы измерения при записи профилограмм 0,2...400 мкм.
Лазерный профилограф (рис. 4.23) работает по принципу ощупывания исследуемой поверхности световым лучом. Копирование поверхности дорожного покрытия осуществляется сфокусированным лучом лазера, а фотоприемным устройством измеряется диффузионная составляющая отраженного светового потока. Пределы измерений при записи профилограммы 1...500 мкм.
Рис. 4.21. Профилограф Союздорнии:
1 - плечо-коромысло; 2 - карандаш; 3 - ручка прибора; 4 - прижимной ролик; 5 - корпус прибора; 6 - передвижная рамка; 7 - вал с бумагой; 8 - игла-щуп
Лазерный профилограф, как и индуктивный, позволяет измерять микрошероховатость дорожного покрытия или размер зерен щебня, как в лабораторных, так и в полевых условиях.
В МАДИ был разработан метод оценки состояния дорожного покрытия методом дистанционного зондирования. Метод основан на оптическом сканировании исследуемой поверхности с помощью цифровых устройств (цифровые фотокамеры) и последующей обработки полученных снимков в цифровых фотограмметрических системах.
В последние годы во многих странах для определения макрошероховатости дорожных покрытий применяют передвижные установки, смонтированные на микроавтобусе.
Впереди микроавтобуса устанавливают поперечную балку, оснащенную лазерами для измерения профилей и текстуры дорожного покрытия. Запись, обработку и хранение результатов измерений производят бортовым вычислительным комплексом.
4.4. Природно-климатические факторы и транспортно-эксплуатационные
качества автомобильной дороги
Автомобильные дороги как транспортные сооружения работают при постоянном воздействии природно-климатических факторов и движения транспортных средств. Наиболее значительно изменяются транспортно-эксплуатационные качества дорог по сезонам года.
В зимний период решающее влияние на условия движения оказывают снежные заносы, гололед, туман, низкая температура, короткая продолжительность светлого времени суток.
Близкими по влиянию на транспортно-эксплуатационные качества дорог являются осенний и весенний периоды. Для осеннего периода характерно переувлажнение земляного полотна и дорожной одежды, появление кратковременного гололеда, большое количество осадков, туман. В этот период значительно загрязняется проезжая часть, что приводит к резкому снижению коэффициента сцепления шины колеса с дорожным покрытием, разрушаются обочины, уменьшается эффективная ширина проезжей части.
Весенний период характерен резкими колебаниями температуры в течение суток и резкими переходами от сухой погоды к дождливой. В это время в связи с переувлажнением низа дорожной одежды снижается ее несущая способность, что требует ограничения движения тяжелых автомобилей.
Продолжительность разных сезонов года значительно меняется на территории России. Продолжительность зимнего периода колеблется от нескольких суток до 260 и более. Продолжительность весеннего периода колеблется от 30 до 120-125 суток. Осенний период примерно в 2 раза длительнее весеннего и колеблется от 65-70 до 110-120 суток.
Особенно подвержены влиянию разных природных факторов автомобильные дороги, проходящие в сложных условиях рельефа местности.
На дорогах, проходящих в горной местности, часто возникают туманы, обвалы, снежные лавины, селевые потоки. Это вызывает необходимость разработки специальных мероприятий по обеспечению возможности проезда по дорогам с учетом неблагоприятных природных явлений.
Для этого строят снегозащитные галереи, селедуки, проектируют поперечный профиль дороги, при котором обеспечивается наибольшая устойчивость земляного полотна.
Характерным является резкое колебание температуры, приводящее к разрушению дорожного покрытия. Попадание и замерзание воды в образовавшиеся трещины приводит к еще большему разрушению дорожного покрытия.
Для дорог, проходящих в равнинных районах, неблагоприятными являются осенний и весенний периоды, особенно для участков с высоким уровнем грунтовых вод.
К существенному снижению транспортно-эксплуатационных качеств приводит уменьшение расстояния видимости в тумане и при интенсивном пылеобразовании в сухой период года. Происходит снижение скоростей движения, возрастание числа дорожно-транспортных происшествий.
Состояние дорожного покрытия в течение года меняется следующим образом:
сухим покрытие бывает 67,9 %, мокрым - 17 1 % снежным накатанным - 8,2%, обледенелым - 6,8 % времени.
Транспортно-эксплуатационные характеристики дорог в зимний период во многом зависят от качества проведения работ по их содержанию. В большинстве случаев для этого периода наиболее характерны потеря четкого очертания земляного полотна, изменение
размеров поперечного профиля проезжей части, сужение проезжей части на мостах и около близкорасположенных к проезжей части препятствий вследствие неполного удаления снега. Наличие снегозаносимых участков на дороге существенно ухудшает транспортно-эксплуатационные качества всей автомобильной дороги. На региональных дорогах протяженность снегозаносимых участков составляет 84 % общей протяженности дорог.
В зимний период эффективно используемая ширина проезжей части составляет 6...6,6 м на двухполосных дорогах с покрытием шириной 7 м; 8,7 м на трехполосных дорогах с покрытием шириной 11,5 м; 5,5...6,5м для одного направления с проезжей частью шириной 7 м на четырехполосных дорогах с разделительной полосой.
В то же время на отдельных участках дорог в зимний период условия движения лучше, чем в летний период. Так, зимой «дикие» съезды и часть примыканий не используются, а летом и осенью с них заносится на дорогу грязь. При хорошей погоде и хорошем содержании дороги скорость движения зимой незначительно отличается от скорости движения в летний период.
Модальная скорость потока близка к 40 км/ч. В зимний период отмечается резкое разделение транспортного потока на медленно- и быстродвижущиеся автомобили.
Этим объясняется появление резко выраженной двухвершинной кривой распределения скорости движения. В табл. 4.5 приведены данные о скоростях движения в осенний, весенний и летний периоды года на отдельных участках дорог.
Таблица 4.5
|
Характеристика участка |
Скорость движения 85%-ной обеспеченности, км/ч |
Средняя скорость движения, км/ч |
||||||||
|
летом |
осенью |
весной |
Снижение, % |
летом |
осенью |
весной |
Снижение, % |
|||
|
осенью |
весной |
осенью |
весной |
|||||||
|
Прямой горизонтальный с асфальтобетонным покрытием шириной 11м, укрепленные обочины |
90 73 |
70 65 |
80 67 |
22 11 |
11 8 |
77 68 |
60 54 |
70 53 |
22 21 |
9 22 |
|
Кривая в плане 350 м, на спуске 40 ‰ при ширине асфальтобетонного покрытия 6,5 м; обочины шириной 0,5...1,5 м не укреплены |
66 55 |
53 48 |
62 53 |
20 13 |
6 4 |
55 47 |
45 40 |
52 42 |
18 15 |
5 11 |
|
Спуск 40 ‰ на прямой, ширина асфальтобетонного покрытия 7,5 м; обочины укреплены щебнем |
73 70 |
64 63 |
70 64 |
12 10 |
4 10 |
62 60 |
55 55 |
60 57 |
11 8 |
3 5 |
|
Подходы к мосту шириной 7 м; покрытие асфальтобетонное; обочины укреплены щебнем |
71 69 |
64 57 |
70 65 |
21 17 |
13 6 |
72 58 |
57 49 |
62 55 |
21 15 |
14 5 |
Примечание. В числителе приведены скорости легковых автомобилей, в знаменателе - грузовых.
Существенное снижение скоростей движения наблюдается при ухудшении условий видимости, уменьшении сцепления шины колеса с дорожным покрытием и изменении геометрических характеристик дороги, например уменьшении эффективной ширины проезжей части вследствие образования снежных и ледяных отложений на прикромочных полосах и неполной очистки при снегоуборке. Отмечено снижение скоростей 50, 85 и 95%-ной обеспеченности зимой на 25...30 % (рис. 4.24).
Скорость 85%-ной обеспеченности на прямолинейном горизонтальном участке при мокром дорожном покрытии снижается на 10 %, при снежном накатанном - на 22 и при частично обледенелом - на 36 %.
На изменение условий движения в разные периоды года указывает также изменение зависимости интенсивность движения - плотность транспортного потока (рис. 4.25).
Изменение расстояния метеорологической видимости приводит к изменению скорости движения: при видимости 100 м (интенсивный снегопад) скорость снижается на 49 %, при видимости 200 м - на 29 %. Для расчета скорости движения в условиях разной метеорологической видимости рекомендуется зависимость
(4.21)
где υ0 - скорость транспортного потока при видимости 50 м, υ0 = 14 км/ч; S - метеорологическая видимость, м; a, b - коэффициенты, для определения средней скорости a = 306; b = 1,8;
Рис. 4.24. Зависимость скорости свободного движения транспортных
средств от ширины проезжей части в зимних условиях:
1 - 50%-ной обеспеченности; 2 - 85%-ной обеспеченности; 3 - 95%-ной обеспеченности
Рис. 4.25. Основная диаграмма транспортного потока для реальных условий
движения:
1 - сухое шероховатое покрытие; 2 - мокрое шероховатое покрытие;
3 - проезжая часть частично покрыта льдом; 4 - снежный накат;
5 - гололед; цифры на прямых - скорость движения, км/ч
для определения скорости движения 95%-ной обеспеченности a = 223; b = 1,82.
В разные периоды года существенно меняется число дорожно-транспортных происшествий и их тяжесть - оказывает влияние изменение состояния дорожного покрытия, условий видимости, погодных условий, продолжительность светлого времени суток.
В ряде стран, где интенсивность движения мало меняется в течение года, наибольшая аварийность наблюдается в осенне-зимний период.
Половина столкновений и опрокидываний происходит при неблагоприятных погодных условиях. Погодные условия и состояние дорог влияют на тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий. Как правило, тяжесть дорожно-транспортных происшествий осенью и весной выше, чем летом, зимой - несколько ниже из-за наличия снега и более низких скоростей движения. Максимальное число погибших на каждые 100 дорожно-транспортных происшествий отмечается в России в октябре - ноябре и марте.
Все эти закономерности необходимо учитывать при разработке мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационных качеств дороги.
Контрольные вопросы
ГЛАВА 5
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И СРЕДСТВ
РЕГУЛИРОВАНИЯ НА РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
5.1. Качественное состояние транспортного потока
С изменением интенсивности движения на дороге резко меняется качественное состояние транспортного потока и условия труда водителей.
Для характеристики разных состояний транспортного потока и условий движения используют следующие показатели: коэффициент загрузки движением; коэффициент скорости движения; коэффициент насыщения движением; уровень удобства движения.
Коэффициент загрузки дороги движением z представляет собой отношение интенсивности движения N к пропускной способности данного участка (или элемента) дороги Р:
z = N/P. (5.1)
Применение понятия коэффициента загрузки позволяет строить сопоставимые зависимости характеристик движения транспортного потока от дорожных условий для дорог разных категорий, так как эта величина безразмерная. Коэффициент z может принимать любые значения от 0 до 1.
Коэффициент скорости движения с - это отношение скорости движения при каком-либо уровне удобства движения υz к желаемой скорости движения в свободных условиях υж, которая выбирается водителем для обеспечения высокой комфортности поездки:
c = υz/υж. (5.2)
Значение желаемой скорости движения в свободных условиях зависит от многих факторов: расстояния до цели поездки, состояния водителя, его квалификации и опыта, состояния дорожного покрытия, геометрических элементов и планировочных решений на дороге.
Отклонением от желаемых условий движения (например, несвоевременного достижения цели поездки) вызывает у водителя чувство снижения комфортности, а иногда и нервозность, которая может привести к непоправимым ошибкам - дорожно-транспортному происшествию.
Коэффициент насыщения движением ρ представляет собой отношение плотности транспортного потока при каком-либо уровне удобства движения qz к максимальной плотности транспортного потока qmax:
(5.3)
Под уровнем удобства движения понимается определенное качественное состояние транспортного потока, при котором устанавливаются характерные условия труда водителей, условия комфортности поездки и эффективности работы транспортных средств, а также аварийность. Каждый уровень удобства движения характеризуется значениями коэффициентов загрузки, скорости и насыщения движением.
С целью установления границ уровней удобства движения проводились экспериментальные исследования с применением ходовой лаборатории, аэрофотосъемки и анализа видеозаписей и киносъемки.
При построении зависимости скорость движения - интенсивность движения определена кривая, имеющая три характерные точки изменения кривизны (рис. 5.1). Это указывает на то, что при коэффициентах загрузки, соответствующих точкам перегиба, меняется качественное состояние транспортного потока.
На существование разных состояний транспортного потока указывает также зависимость скорость движения - плотность транспортного потока (рис. 5.2). На кривой также могут быть отмечены характерные перегибы, хотя часто необоснованно эта зависимость изображается в виде прямой.
Наличие нескольких состояний транспортного потока подтверждается и изменением вида и числа дорожно-транспортных происшествий, а также формой кривых распределения скоростей движения транспортного потока (рис. 5.3).
Рис. 5.1. Зависимость скорость движения - интенсивность движения:
1 - теоретическая кривая для транспортного потока высокой плотности;
2 - экспериментальная кривая
Рис. 5.2. Зависимость скорость движения - плотность транспортного потока
При низких значениях интенсивности движения, как правило, наблюдается большой разброс значений скоростей движения, кривая распределения имеет полимодальный характер.
По мере роста интенсивности движения вид кривой распределения заметно меняется, превращаясь из полимодальной (кривая А) в одномодальную (кривая Г). Разброс значений скорости движения существенно снижается, ее среднее квадратическое отклонение также уменьшается. Значительные изменения наблюдаются и в общем виде кривых распределения значений интервалов во времени.
О разном состоянии транспортного потока свидетельствует также изменение эмоциональной напряженности водителя (рис. 5.4).
Таким образом, анализ транспортного потока показывает существование четырех наиболее характерных его состояний - четырех уровней удобства движения: А, Б, В и Г.
|
Рис. 5.3. Кривые распределения значений скорости движения при разных уровнях удобства движения А - Г |
Рис. 5.4. Зависимость кожно-гальванической реакции (КГР) водителя от коэффициента загрузки дороги движением |
Уровень удобства движения А характеризуется следующими значениями коэффициентов: z ≤ 0,2; с ≥ 0,9; ρ < 0,1. Обгоны практически отсутствуют, автомобили не взаимодействуют между собой. Водителем может выдерживаться желаемая скорость движения. Снижение средних скоростей незначительно (см. рис. 5.1).
Эмоциональная напряженность водителя низкая (см. рис. 5.4). Водители и пассажиры не испытывают неудобства при движении автомобиля. Поездки являются комфортными. Транспортный поток при уровне удобства движения А называется свободным.
Уровень удобства движения Б характеризуется следующими значениями коэффициентов: z = 0,2...0,45; с = 0,7...0,9; ρ = 0,1...0,3.
В потоке непрерывно возрастает число автомобилей, которые совершают обгоны или вынуждены двигаться в пачках за медленнодвижущимися. Наблюдается резкое падение средних скоростей движения. Исследования с применением ходовой лаборатории показывают невозможность обгона при z = 0,45. Это значение можно считать верхней границей уровня удобства движения Б.
Эмоциональная напряженность водителей быстро возрастает по мере загрузки движением и приближается к наибольшей. Частота маневров наибольшая. При этом уровне удобства движения водители испытывают снижение комфортности поездки из-за необходимости совершения маневров обгона или объезда. Транспортный поток при уровне удобства движения Б называется устойчивым.
Уровень удобства движения В характеризуется следующими значениями коэффициентов: z = 0,45...0,7; с = 0,55...0,7; ρ = 0,3...0,7. Происходит дальнейшее снижение скоростей движения (см. рис. 5.1).
Эмоциональная напряженность водителей достигает наибольшего уровня (см. рис. 5.4). Водители испытывают неудобства из-за невозможности обгона медленнодвижущихся автомобилей и необходимости внимательного слежения за впереди идущим автомобилем. Комфортность поездки резко снижается. Транспортный поток состоит из отдельных больших групп и пачек и называется неустойчивым.
Уровень удобства движения Г характеризуется следующими значениями коэффициентов: z = 0,7...1; с = 0,55...0,4; ρ = 0,7...1. Движение происходит с остановками вследствие состояния транспортного потока, близкого к затору.
Эмоциональная напряженность водителя снижается из-за снижения скоростей и движения с постоянными низкими скоростями.
Скорости движения всех автомобилей близки между собой, среднее квадратическое отклонение значений скоростей небольшое. Водители и пассажиры испытывают наибольшие неудобства от поездки.
Движение происходит с неэкономичными скоростями в колонном режиме. Транспортный поток при уровне удобства движения Г называется насыщенным.
Рис. 5.5. Потери времени в пути на автомобильной магистрали с четырьмя полосами
при разных уровнях удобства движения
Загрузка дорог движением оказывает существенное влияние на потери времени автомобилями в пути (рис. 5.5).
Степень загрузки дороги движением оказывает влияние на расход топлива (рис. 5.6), т.е. на экономичность движения. Наименьший расход топлива отмечается при z = 0,5...0,6.
Анализ распределения интенсивности движения в течение суток показывает разные вероятности существования в течение суток каждого уровня удобства движения на дорогах разных категорий (табл. 5.1).
Описанные состояния транспортного потока складываются в результате изменения не только интенсивности движения, но и дорожных условий, а также вследствие применения средств организации дорожного движения.
Рис. 5.6. Расход топлива при разных уровнях удобства движения
на двухполосной автомобильной дороге
Таблица 5.1
|
Категория дороги |
Вероятность уровней удобства движения, % |
|||
|
А |
Б |
В |
Г |
|
|
I |
18,8 |
64 |
12 |
5,2 |
|
II |
32,4 |
57 |
8,1 |
2,5 |
|
III |
53 |
40,4 |
5,9 |
0,7 |
|
IV |
79,3 |
20,5 |
0,2 |
- |
|
V |
91,4 |
8,55 |
0,55 |
- |
Таблица 5.2
|
Тип автомобильной дороги |
Оптимальное значение коэффициента загрузки дороги движением zопт |
Рекомендуемый уровень удобства движения |
Критерии определения zопт |
|
|
Новое проектирование |
Реконструкция |
|||
|
Подъезды к аэропортам, морским и речным причалам |
0,2 |
0,5 |
А |
Минимум времени сообщения |
|
Внегородские автомобильные магистрали (дороги I категории) |
0,45 |
0,6 |
Б |
Минимум приведенных затрат |
|
Въезды в город, обходы и кольцевые дороги вокруг больших городов |
0,55 |
0,65 |
В |
То же |
|
Автомобильные дороги II, III категорий |
0,65 |
0,7 |
Г |
» |
|
Автомобильные дороги IV категории |
0,7 |
0,75 |
Г |
» |
Задача инженера-проектировщика автомобильных дорог и инженера дорожного движения - создание на дороге уровня удобства, обеспечивающего наилучшие и наиболее эффективные условия работы автомобильного транспорта.
При проектировании и эксплуатации дорог стремятся обеспечивать оптимальный уровень удобства движения на дороге, который различен для каждого типа дорог (табл. 5.2).
5.2. Режимы движения транспортного потока на горизонтальных участках
автомобильных дорог
На горизонтальных участках автомобильных дорог основное влияние на режим движения оказывают интенсивность движения, состав и плотность транспортного потока.
Для установления характера зависимости скорости движения от интенсивности движения состава и транспортного потока наблюдения проводят на прямых горизонтальных участках дорог, имеющих хорошую ровность дорожного покрытия.
При обработке данных наблюдений методами математической статистики отмечается колоколообразное очертание кривых распределения скорости движения при высокой интенсивности движения (рис. 5.7, а), причем значения наиболее часто встречающихся скоростей движения незначительно отличаются друг от друга. Построение кумулятивных кривых (рис. 5.7, б) позволяет проводить установление скорости движения определенных групп автомобилей.
При плотных транспортных потоках данные наблюдений соответствуют кривой нормального распределения (см. рис. 5.7, а):
(5.4)
где ρi, - соответственно теоретическое и фактическое значение частоты появления значений скорости движения в заданном интервале Δυ (обычно Δυ принимают равным 5 км/ч); σ - среднее квадратическое отклонение значений скоростей движения, км/ч; υi - скорость i-го автомобиля, км/ч; - средняя скорость движения всего транспортного потока, км/ч.
Рис. 5.7. Обработка данных наблюдений методами математической статистики:
а - кривые распределения; б - кумулятивные кривые; 1 - интенсивность движения 400 авт./ч; 2 - интенсивность движения 400 авт./ч (в потоке на 10 % меньше грузовых автомобилей);
3 - интенсивность движения 150 авт./ч
|
Рис. 5.8. Полимодальная кривая распределения: 1, 3 - соответственно для медленно- и быстродвижущейся части транспортного потока; 2 - для большинства автомобилей трансфертного потока |
Кривые распределения скоростей движения при малой интенсивности движения, когда медленнодвижущиеся и быстродвижущиеся автомобили практически не оказывают влияния друг на друга и водители свободны в выборе скоростей движения, могут иметь одну, две и даже три вершины.
Анализ полимодальной кривой распределения показывает, что эту кривую можно рассматривать как состоящую из трех кривых нормального распределения (рис. 5.8):
одна - для медленно движущейся части транспортного потока (кривая 1), вторая - для большинства автомобилей потока (кривая 2) и третья - для быстродвижущейся части транспортного потока (кривая 3).
Суммирование этих кривых дает кривую распределения всего транспортного потока, которая получается при обработке результатов наблюдений.
С увеличением интенсивности движения кривые 1 и 3 исчезают, так как происходит выравнивание скоростей быстродвижущихся и медленно движущихся автомобилей.
Поэтому при очень высоких интенсивностях движения кривая распределения становится практически одновершинной. Трехвершинные кривые распределения скоростей движения характерны для низкой интенсивности движения и, особенно, для участков дорог, где наблюдается большая разница в скоростях движения грузовых и легковых автомобилей, обусловленная различием их динамических качеств.
При низкой интенсивности движения (менее 200 авт./ч) нормальная кривая распределения не соответствует фактическому распределению значений скоростей движения.
Учитывая существование кривых нормального распределения скоростей отдельных групп свободнодвижущихся автомобилей, правильным будет предположение о существовании какой-то суммарной кривой распределения. Для описания такой кривой можно применить распределение смеси.
Таким образом, распределение скоростей движения всего транспортного потока оказывается смесью нормальных кривых распределения скоростей движения отдельных групп автомобилей, движущихся в общем потоке:
где р1, р2, р3 - фактические частоты появления значений скоростей в каждой группе автомобилей (грузовые тяжелые, грузовые средние, легковые); σ1, σ2, σ3 - средние квадратические отклонения значений скоростей для каждой группы автомобилей, км/ч; υ1 - скорость i-го автомобиля, км/ч; - средние скорости движения каждой группы автомобилей, км/ч.
При использовании формулы (5.5) наблюдаются наименьшие отклонения теоретических значений частот от фактических (рис. 5.9).
Общий вид кривой распределения скоростей движения при малой интенсивности движения зависит от состава транспортного потока на дороге. При высокой интенсивности движения состав транспортного потока оказывает влияние в основном на положение вершины кривой.
При наличии в транспортном потоке большого числа тяжелых автомобилей вершина кривой смещается влево. Преобладание в транспортном потоке автомобилей с высокими динамическими качествами приводит к смещению кривой вправо. Так, увеличение в транспортном потоке числа медленно движущихся автомобилей на 10 % приводит к уменьшению модального значения скорости на 6 км/ч.
Рис. 5.9. Кривые распределения скоростей движения:
1 - рассчитанная по формуле (5.4); 2 - рассчитанная по формуле (5.5); 3 - фактическая кривая
С целью установления закономерности снижения скорости движения при увеличении интенсивности движения строят график скорость движения - интенсивность движения, имеющий криволинейный характер (см. рис. 5.1). Точки перегиба этой кривой соответствуют границам разного состояния транспортного потока. Путем обработки данных наблюдений методом наименьших квадратов с достаточной точностью для практических расчетов зависимость скорость движения - интенсивность движения может быть аппроксимирована линейной функцией
υ = υ0 - α/N. (5.6)
При 50 < N < 600 авт./ч υ = 59 - 0,015N. (5.7)
Первый член этих уравнений - скорость движения υ0 одиночных автомобилей при отсутствии помех со стороны других транспортных средств, зависит от динамических качеств автомобилей.
Скорость движения легковых автомобилей υл снижается с ростом интенсивности движения быстрее, чем скорость грузовых автомобилей υгр:
υл = 78 - 0,0385N; (5.8)
υгp = 54,2 - 0,0122N. (5.9)
Более интенсивное снижение скорости движения легковых автомобилей связано с большим различием в динамических качествах легковых и грузовых автомобилей. Снижение скорости движения грузовых автомобилей в основном объясняется влиянием медленнодвижущихся автомобилей и невозможностью их обгона.
При интенсивности движения в двух направлениях более 700 авт./ч разность скоростей движения легковых и грузовых автомобилей составляет менее 10 км/ч.
Наблюдения показывают, что с увеличением интенсивности движения разность скоростей движущихся друг за другом автомобилей уменьшается (рис. 5.10).
При свободных условиях движения разность скоростей движения составляет 15...20 км/ч, уменьшаясь до 5 км/ч при интенсивности движения 900 авт./ч в обоих направлениях.
Степень стеснения условий движения может быть охарактеризована отклонением значения скорости движения отдельного автомобиля от средней скорости движения транспортного потока.
Зависимость среднего квадратического отклонения скоростей σ от суммарной интенсивности движения N
|
Рис. 5.10. Зависимость разности скоростей движущихся друг за другом автомобилей от интенсивности движения |
(при наличии в транспортном потоке 25 % легковых автомобилей) для дорог с двумя полосами движения можно выразить уравнением
σ = 13,2 - 0,0043N. (5.10)
Наблюдения, проводимые при разной интенсивности и составе движения, показывают значительное влияние состава транспортного потока на среднюю скорость движения транспортного потока. При наличии в транспортном потоке:
5 % легковых автомобилей
= 53-0,018N; (5.11)
25 % легковых автомобилей - см. выражение (5.7);
50 % легковых автомобилей
= 63,8 - 0,012N; (5.12)
80 % легковых автомобилей
= 70 - 0,008N. (5.13)
Аналогичные зависимости получены для скорости движения легковых автомобилей. При наличии в транспортном потоке:
5 % легковых автомобилей
= 67 - 0,051N; (5.14)
25 % легковых автомобилей - см. выражение (5.8);
50 % легковых автомобилей
= 83 - 0,027N; (5.15)
80 % легковых автомобилей
= 91 - 0,019N. (5.16)
Для скоростей движения грузовых автомобилей получены следующие зависимости. При наличии в транспортном потоке:
5 % легковых автомобилей
= 51 - 0,014N; (5.17)
25 % легковых автомобилей - см. выражение (5.9);
50 % легковых автомобилей
= 56,5 - 0,01N; (5.18)
80 % легковых автомобилей
= 59,6 - 0,0076N. (5.19)
В этом случае; наблюдается небольшое изменение наклона корреляционной прямой при разном составе транспортного потока. Это указывает на то, что число легковых автомобилей в транспортном потоке незначительно влияет на скорость движения грузовых автомобилей, основное влияние оказывает число медленнодвижущихся автомобилей.
Корреляционные уравнения связи между средним квадратическим отклонением скоростей движения и интенсивностью движения при разном составе транспортного потока выглядят следующим образом:
при 25 % легковых автомобилей - см. уравнение (5.10);
при 50 % легковых автомобилей
σ50 = 1,56 - 0,007N; (5.20)
при 90 % легковых автомобилей
σ90 = 23 - 0,0085N. (5.21)
В практических расчетах большое значение имеет возможность перехода от скорости движения при одном составе транспортного потока к значениям скорости движения при другом составе транспортного потока.
На основании анализа зависимостей скорость движения - интенсивность движения
получены графики изменения коэффициентов α при заданных интенсивности движения и скорости свободного движения в уравнении (5.6) при разном составе транспортного потока (рис. 5.11).
С помощью этих графиков для известного значения доли легковых автомобилей в транспортном потоке можно определить коэффициент α и значение скорости свободного движения, т.е. можно количественно оценить снижение скорости движения с изменением состава транспортного потока.
Это позволяет экстраполировать результаты проведенных наблюдений на дорогах с двумя полосами движения на перспективный состав транспортного потока на дорогах.
Рис. 5.11. Зависимость коэффициента α (1) и скорости свободного движения υ0 (2) от состава транспортного потока (доли легковых автомобилей в транспортном потоке)
Для дорог с тремя полосами движения существует следующая связь между средними мгновенными скоростями движения и интенсивностью движения:
для всего потока
υ = 67,23 - 0,0164N; (5.22)
для внешних полос
υ = 61,89 - 0,01218N; (5.23)
для центральной полосы
υ = 76,93 - 0,00438N. (5.24)
Зависимость средней мгновенной скорости движения от интенсивности движения на автомагистралях с шестью полосами движения при 650 < N < 1500 авт./ч будет следующей:
υ = 72,3 - 0,0081N. (5.25)
Для каждой полосы движения получены следующие уравнения:
для крайней правой полосы
υ1 = 58,5 - 0,0092N; (5.26)
для средней полосы
υ2 = 77 - 0,0257N; (5.27)
для крайней левой полосы
υ3 = 85,5 - 0,0364N. (5.28)
Уравнения (5.26) - (5.28) справедливы при интенсивности движения 200 - 700 авт./ч.
Таким образом, результаты измерений скорости движения позволяют получить следующие уравнения для расчета средней скорости движения на горизонтальных прямолинейных участках с учетом суммарной интенсивности движения N и доли легковых автомобилей в потоке рл, отн. ед.:
на дорогах с двумя полосами движения
υ = 52 - (0,019 - 0,00014рл) N + 0,22pл; (5.29)
на дорогах с тремя полосами движения
υ = 55 - (0,017 - 0,00013pл) N + 0,215pл; (5.30)
на дорогах с четырьмя полосами движения
υ = 59 - (0,015 - 0,00012pл) N+ 0,21pл; (5.31)
на дорогах с шестью полосами движения
υ = 62 - (0,012 - 0,00010pл) N + 0,2pл; (5.32)
на дорогах с восемью полосами движения
υ = 64 - (0,009 - 0,00008pл) N + 0,19рл. (5.33)
Уравнения (5.29) - (5.33) применимы при 50 < N < 800 авт./ч.
Скорость движения зависит от состава транспортного потока, особенно числа маршрутных автобусов (рис. 5.12).
Большое влияние на скорость движения оказывает плотность транспортного потока, являющаяся важнейшей характеристикой транспортного потока.
Для автомагистралей получена следующая зависимость скорости движения от плотности транспортного потока:
|
Рис. 5.12. Зависимость скорости движения от интенсивности движения транспортного потока на четырехполосной автомагистрали при расстоянии между автобусными остановками 500...1000 м (2, 4) и до 500 м (3, 5): 1 - при отсутствии автобусов; 2, 3 - при интенсивности движения автобусов 10 - 15 авт./ч; 4, 5 - при интенсивности движения автобусов 25-30 авт./ч |
где υ0 - скорость движения в свободных условиях, км/ч; qi - плотность транспортного потока на каком-либо элементе дороги в рассматриваемый момент времени, авт./км; а - постоянная, зависящая от числа полос движения, для четырехполосных автомагистралей а = 90, для шестиполосных автомагистралей а = 135; qmax - максимальная плотность транспортного потока на одной полосе движения, авт./км; п - число полос движения в одном направлении.
Для двухполосных автомобильных дорог зависимость скорости движения от плотности транспортного потока хорошо описывается уравнением
(5.35)
где υ0 - скорость движения в свободных условиях, км/ч; q, qmax - соответственно средняя и максимальная плотность транспортного потока, авт./км; β, γ - параметры, зависящие от дорожных условий, например для участков дорог, расположенных в пределах малых населенных пунктов, протяженностью 2 км β = 1,75; γ = 5.
Средняя скорость движения плотного транспортного потока при интенсивности движения, равной пропускной способности, определяется по формуле
(5.36)
Зависимость скорость движения - плотность транспортного потока имеет преимущество по сравнению с зависимостью скорость движения - интенсивность движения и справедлива для участка дороги, позволяя оценить условия маневрирования на этом участке. Зависимость скорость движения - интенсивность движения характерна только для определенного поперечного сечения дороги.
5.3. Влияние элементов автомобильных дорог на скорость движения
транспортных средств
Скорость движения во многом определяется размерами и сочетаниями геометрических элементов автомобильных дорог. Из элементов поперечного профиля дороги наибольшее влияние на скорость движения оказывает ширина обочин и проезжей части.
Зависимость средней технической скорости движения от ширины обочин b при 0,5 < b < 2,5 м описывается следующими уравнениями:
для транспортного потока υ = 69 + 9,8b; (5.37)
для легковых автомобилей υл = 73,5 + 10,5b. (5.38)
Среднее квадратическое отклонение технической скорости движения при 0,5 < b < 2,5 м
συ = 12,8 + 2,7b. (5.39)
Мгновенная скорость движения зависит от ширины обочины в месте производства замеров. На основании регрессионного анализа получены следующие уравнения при 1 < b < 3,5 м:
для транспортного потока υ = 57 + 4,7b; (5.40)
для легковых автомобилей υл = 65 + 5,3b. (5.41)
Среднее квадратическое отклонение мгновенной скорости движения при 1 < b < 3,5 м
σ = 10 + 0,85b. (5.42)
Заметное влияние на скорость движения оказывает ширина проезжей части В на дорогах с двумя и тремя полосами движения, имеющих осевую разметку. При этом может быть использовано следующее корреляционное уравнение для мгновенной скорости движения при 5 < В < 13 м
υ = 58 + 1,58B. (5.43)
Существенное изменение скорости движения наблюдается на участках подъемов.
Значение установившейся скорости движения, характерной для определенного уклона (рис. 5.13, а), определяют по формуле
(5.44)
где υ0 - начальная скорость при въезде на подъем, км/ч; α - эмпирический коэффициент; i - продольный уклон, отн. ед.
Коэффициент α в зависимости от уклона имеет следующие значения:
|
Уклон, отн. ед…………. |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
|
Коэффициент α……....... |
9 |
10 |
13,5 |
17,5 |
26,7 |
28,6 |
29,4 |
Рис. 5.13. Влияние уклона (а) и длины подъема (б) на скорость движения:
а - влияние уклона; б - влияние длины подъема; 1 - легковые автомобили;
2 - грузовые автомобили; 3 - i = 70 ‰; 4 - i = 50 ‰
На скорость движения оказывает влияние также длина подъема (рис. 5.13, б). Наиболее резкое падение скорости наблюдается на первых 200...300 м при уклонах 50 ‰ и более и на первых 600...800 м при уклонах менее 30 ‰.
Среднее квадратическое отклонение скорости движения σ на подъемах зависит от их уклона и длины (рис. 5.14). Так, в начале подъема σ составляет 9,9 км/ч, уменьшаясь в дальнейшем до 5,08 км/ч.
При устройстве дополнительной полосы движения на подъем существенно изменяется скоростной режим транспортного потока. Были получены следующие формулы для оценки скорости свободного движения:
на дополнительной полосе
υ0 = 62,2 - 0,532i + 0,009 5R + 11,46pл - 10,06pавт; (5.45)
на основной (левой) полосе
υ0 = 62,2 - 0,521i + 0,009 7R + 11,16pл - 9,6pавт, (5.46)
где i - продольный уклон ‰, R - радиус кривой в плане, м; pавт = доля автопоездов в транспортном потоке, отн. ед.
Рис. 5.14. Зависимость среднего квадратического отклонения скоростей движения
от длины подъема:
1 - i = 30 ‰; 2 - i = 80 ‰
Рис. 5.15. Время реакции водителя на характерных участках дорог
в горной местности:
1 - движение на спуск; 2 - движение на подъем; 3 - равнинные участки
С изменением продольного уклона, особенно на автомобильных дорогах, проходящих в горной местности, изменяется также время реакции водителя (рис. 5.15).
Большое влияние на скорость движения оказывают радиусы кривых в плане. Скорость движения в свободных условиях на кривых с обеспеченной видимостью более 700 м может быть определена по уравнениям, представленным в табл. 5.3.
Зависимость модальных (50%-ной обеспеченности) значений скорости движения от радиуса кривой в плане
(5.47)
Для горных дорог получены следующие корреляционные зависимости средней скорости автомобилей от радиуса кривой в плане:
Таблица 5.3
|
Тип автомобиля |
Корреляционные уравнения |
Коэффициент корреляции |
Среднее квадратическое отклонение скорости движения, км/ч |
|
Грузовой |
υ = 60,67 - 0,996 K υ85 = 69,25 - 1,06 К υ95 = 76,17 - 1,29 К |
0,975 0,965 0,97 |
1,14 1,64 1,83 |
|
Легковой |
υ = 70,78 - 1,51 K υ85 = 84,65 - 1,98 K υ95 = 95,09 - 2,23 K |
0,99 0,96 0,935 |
1,23 3,2 4,73 |
Примечание. К - кривизна, равная 1000/R; R - радиус кривых в плане; υ - средняя скорость движения; индексы 85 и 95 соответствуют 85%-ной и 95%-ной обеспеченности.
на внешних кривых, где дорога огибает выступающий склон косогора:
υ = υ0 + 0,27R, (5.48)
где υ0 = 17,3 км/ч для грузовых автомобилей; υ0 = 19,7 км/ч для автобусов; υ0 = 21,5 км/ч для легковых автомобилей;
на внутренних кривых, где дорога вдается в склон или лог:
υ = υ0 + 0,51R при 10 < R< 50 м, (5.49)
где υ0 - 18,6 км/ч для грузовых автомобилей; υ0 = 20,2 км/ч для автобусов; υ0 = 22,5 км/ч для легковых автомобилей.
Уклон виража iв 0 < iв < 100 ‰ на кривых малых радиусов следующим образом влияет на скорость движения:
υ = 81,7 - iв (коэффициент корреляции r = 0,24); (5.50)
υ = 86,8 - 1,1iв (коэффициент корреляции r = 0,26). (5.51)
Параметры кривых в плане оказывают существенное влияние также на психофизиологические показатели водителя. Установлено, что на кривых в плане горных дорог частота пульса водителя заметно уменьшается с увеличением радиуса кривой (рис. 5.16).
Это указывает на улучшение условий работы водителя с увеличением радиуса кривой в плане.
Расстояние видимости также является важным фактором, определяющим скорость движения. Возрастая с увеличением расстояния видимости, скорость движения практически стабилизируется при расстоянии видимости свыше 600 м (табл. 5.4).
Техническая скорость движения в зависимости от расстояния видимости может быть определена по формулам:
для транспортного потока
υп = 88 - 0,168S (коэффициент корреляции r = 0,71); (5.52)
для легковых автомобилей
υл = 93,7 - 0,177ps (коэффициент корреляции r = 0,71), (5.53)
Рис. 5.16. Зависимость частоты пульса водителя от радиуса кривой в плане
где S - расстояние видимости, м; ps - число участков с ограниченной видимостью, %.
Мгновенная скорость движения для транспортного потока и легковых автомобилей и среднее квадратическое отклонение скорости движения изменяются следующим образом:
υп = 69,1 + 0,215S (коэффициент корреляции r = 0,64); (5.54)
υл = 73,2 + 0,0232S (коэффициент корреляции r = 0,65); (5.55)
σ = 14,7 + 0,0036S (коэффициент корреляции r = 0,34). (5.56)
Для горных дорог зависимость средней скорости движения автомобилей от расстояния видимости при движении по кривой радиусом 60 м при 10 < S < 110 м имеет вид
υ = υ0 + 0,13S, (5.57)
где υ0 - 26,3 км/ч для грузовых автомобилей; υ0 = 29,1 км/ч для автобусов; υ0 = 31,5 км/ч для легковых автомобилей.
Расстояние видимости на кривых в плане оказывает заметное влияние на психофизиологические показатели водителя (рис. 5.17).
Существенное влияние на скорость движения оказывают габариты и длины мостов (табл. 5.5). В табл. 5.6 показаны изменения скорости движения на мосту, ширина проезжей части которого была увеличена при реконструкции с 7 до 12,8 м.
На скорость движения на мостах оказывает влияние интенсивность движения. Отмечено снижение скорости движения по длине моста. Расчет скорости движения легковых автомобилей на мосту
Таблица 5.4
|
Обеспеченность, % |
Снижение скорости движения, км/ч, при фактической видимости, м |
|||||
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
|
50 |
12,2 20 |
8,1 13,7 |
4,9 8,6 |
2,8 4,9 |
1,5 2,3 |
0,8 0,4 |
|
85 |
13,5 17,5 |
9,8 12,7 |
5,8 8,3 |
3,3 4,9 |
2 2,5 |
1 0,9 |
|
59 |
13,9 19,2 |
9,8 14,6 |
5,9 10,2 |
3,3 6,3 |
2 2,5 |
1 1 |
Примечание. В числителе - данные для грузовых автомобилей, в знаменателе - для легковых автомобилей.
Рис. 5.17. Влияние расстояния видимости на кривых в плане горных дорог
(R = 50...100 м) на психофизиологические показатели водителя:
а - изменение кожно-гальванической реакции (КГР);
б - изменение числа фиксаций взгляда водителей в секунду
при низкой интенсивности движения (свободные условия движения) проводят по формуле
υ0 = 30,625 + 3,125Г - 0,206L + 0,01875ГL, (5.58)
где Г - габарит моста, м, 7 < Г < 13 м; L - длина моста, м.
Большое влияние на скорость движения оказывают препятствия, расположенные сбоку от дороги. Средняя разность скоростей движения при расстоянии до деревьев 0,65 м и от кромки проезжей части 3,1 м составляет 11,5 км/ч.
Для учета совместного влияния всех элементов дороги и интенсивности движения на скорость движения предложены уравнения, полученные на основе множественной корреляции.
Одно из таких уравнений
υ = logk + 3,16B - 0,21i - 0,023N - 0,13p - 71, (5.59)
где υ - средняя скорость движения, км/ч; k - площадь деформаций дорожного покрытия, влияющих на скорость движения, %;
Таблица 5.5
|
Условие движения на мосту |
Скорость движения, км/ч, при соотношении ширины проезжей части моста Вм и дороги Вд, м |
||
|
Вм = Вд |
Вм = Вд + 1 |
Вм = Вд + 4,3 |
|
|
Отсутствие встречных автомобилей |
40,3 |
45 |
58 |
|
Наличие встречных автомобилей |
34 |
40 |
56 |
Таблица 5.6
|
Характеристика транспортного потока |
Скорость движения, км/ч |
Прирост скорости движения, км/ч (%) |
|
|
до реконструкции |
после реконструкции |
||
|
Одиночные легковые автомобили |
53,8 |
62,7 |
8,9 (11,7) |
|
Одиночные грузовые автомобили |
48 |
55 |
7 (14,6) |
|
Поток автомобилей без встречного движения |
49 |
55 |
6,5 (13,3) |
|
Поток автомобилей при наличии встречного движения |
45 |
55,5 |
10,5 (23,4) |
В - ширина проезжей части, м; i - продольный уклон, ‰; N - интенсивность движения, авт./ч; р - доля легковых автомобилей в транспортном потоке, %.
Для оперативной оценки скорости движения в свободных условиях на двухполосных дорогах рекомендуется следующая зависимость:
υ0 = 29 + 3,85B - 0,53i + 0,096R + 10,8pл - 10,3paвт, (5.60)
где В - ширина проезжей части, м; i - продольный уклон, ‰; R - радиус кривой в плане, м, 100 < R < 1000 м; рл, равт - количество легковых автомобилей и автопоездов в составе транспортного потока, отн. ед.
Приведенные ранее данные показывают существенное влияние элементов дорог на скорость движения и могут быть использованы для ориентировочной оценки принимаемых проектных решений.
5.4. Средства регулирования и скорость движения транспортных средств
Установка на дорогах средств информации водителей и организации дорожного движения вызывает изменение скоростного режима движения транспортного потока.
Влияние на режим движения двух основных групп дорожных знаков (предупреждающих и запрещающих) приведено в табл. 5.7.
Наиболее действенное влияние на скоростной режим оказывают дополнительный
знак «Ограничение скорости 60 км/ч», установленный на одной стойке с предупреждающим «Прочие опасности», и знак «Прочие опасности», установленный на расстоянии 100 м перед знаком «Опасный поворот».
Таблица 5.7
|
Наличие дорожных знаков |
Скорость, км/ч, при обеспеченности, % |
||||
|
15 |
50 |
85 |
95 |
100 |
|
|
До установки знаков |
51 |
63,5 |
78,5 |
85 |
100 |
|
«Опасный поворот» |
50 |
60 |
77 |
84 |
90 |
|
«Извилистая дорога» |
55 |
61 |
76 |
86 |
100 |
|
«Опасный поворот» и «Прочие опасности» |
49 |
56 |
71,5 |
81 |
100 |
|
«Опасный поворот» и «Ограничение скорости до 60 км/ч» |
51,5 |
58 |
69 |
78 |
90 |
|
«Прочие опасности» и «Опасный поворот» на расстоянии 100 м друг от друга |
41 |
53,5 |
67 |
77 |
100 |
В США при испытаниях знака «Обгон запрещен», установленного в зоне расположения школы, зафиксировано снижение скорости движения 85%-ной обеспеченности всех автомобилей с 40 (до установки знака) до 30 км/ч (после его установки).
Данные исследования показали необходимость тщательного анализа условий установки знака «Обгон запрещен». Установлено, что запрещение обгона необходимо при условии необеспеченности видимости, соответствующей средней скорости движения: 51 км/ч - 225 м; 105...112 км/ч - 570 м. Расстояние между зонами запрещения обгона при скорости движения 51 км/ч должно соответствовать 75 м, при скорости движения 98...112 км/ч - 135 м.
Большое внимание во всех странах мира уделяется ограничению скорости движения. Основная цель этого ограничения - снижение аварийности. Установлено, что при введении ограничения скорости движения в 1973 г. в США в условиях энергетического кризиса до 88 км/ч предел скорости движения 88 км/ч водителями нарушался в 65 % случаев на внегородских дорогах и в 48 % случаев на городских дорогах. В 1973 г. скорость движения 104 км/ч превышало 54 % водителей, в 1974 г. - 6 %.
В Швейцарии максимальная скорость движения была ограничена 100 км/ч. Такое ограничение оказало отрицательное воздействие на движение транспортного потока и привело к трудностям совершения обгонов легковыми автомобилями грузовых автомобилей и автопоездов, превышающих скорость 80 км/ч.
В Германии при ограничении скорости движения до 100 км/ч скорость движения в рабочие дни снизилась у 70...80 % автомобилей, а при ограничении до 130 км/ч - у 20...30 %.
Было установлено, что ограничение скорости движения приводит к уменьшению разности скоростей движения автомобилей, уменьшению числа обгонов и снижению уровня шума. Анализ пропускной способности показал, что на автомагистралях Германии максимальная интенсивность движения наблюдается при скорости движения 60...80 км/ч.
Однако не рекомендовано в качестве критерия ограничения скорости движения принимать пропускную способность. При опросе 64 % водителей высказались о целесообразности введения ограничения скорости движения до 100 км/ч.
Введение ограничения скорости движения на одной из автомагистралей Германии позволило повысить интенсивность движения с 20300 до 22600 авт./ч, допускалась максимальная скорость движения 130 км/ч, минимальная - 80 км/ч.
Установка знака ограничения скорости движения до 80 км/ч на автомагистрали Ml в Англии показало снижение средней скорости движения на 16 км/ч, минимальный интервал между автомобилями составил 1,5 м. Отмечено, что основным недостатком ограничения скорости до 80 км/ч является небольшая разность скоростей между автомобилями разных типов.
В Финляндии ограничение скорости до 60, 80 и 120 км/ч привело к снижению средней скорости движения и ее среднего квадратического отклонения. Ограничение скорости движения до 120 км/ч привело к снижению средней скорости движения на 2,3 км/ч (максимально на 5,6 км/ч), значение среднего квадратического отклонения уменьшилось на 3,2 км/ч.
Анализ ограничения скорости движения в России на больших участках дорог Москва - Рязань и Москва - Тула значениями 80 и 70 км/ч не показал изменения средней скорости движения, произошло только снижение максимальной скорости движения.
Большое влияние на скорость движения оказывает разметка проезжей части и, прежде всего, размер штрихов и разрывов, оптимальное соотношение которых должно быть не менее 1:3.
Сплошная осевая разметка в сочетании с краевой разметкой на дорогах с шириной проезжей части 6 м приводит к значительному снижению скорости движения (табл. 5.8).
Наблюдения показали наиболее существенное снижение скорости движения быстродвижущейся группы легковых и легких грузовых автомобилей. Скорость движения основной части грузовых автомобилей уменьшилась всего на 2...4 км/ч, т. е. на 3...7 %. Особенно эффективным действие разметки было на кривых в плане с шириной проезжей части 6 м. После нанесения разметки скорость движения снизилась на 12...18 км/ч.
При высокой интенсивности движения на дорогах с шириной проезжей части 7 м разметка способствует устранению помех для движения и повышает скорость движения транспортных потоков.
Таблица 5.8
|
Дорожные условия |
Снижение скорости движения, км/ч, при разной обеспеченности, % |
Среднее квадратическое отклонение скорости движения 50%-ной обеспеченности, км/ч |
|||
|
50 |
85 |
95 |
до разметки |
после разметки |
|
|
Прямая в плане и профиле |
5,5 |
8,1 |
7,2 |
7,1 |
5,9 |
|
Кривая в плане радиусом: 800 м 300 м |
5 6,2 |
7,8 10,1 |
8,5 14,2 |
6,7 6,9 |
5,8 5,1 |
|
Населенный пункт |
5,1 |
7 |
7,1 |
4,8 |
4,1 |
|
Спуск 35 ‰ протяженностью 570 м |
5,3 |
8,2 |
11,3 |
7,6 |
5,7 |
Большой эффект дает организация с помощью разметки реверсивной полосы на трехполосных дорогах. Среднее время сообщения уменьшается на 12...13%, значительно упорядочивается движение транспортных средств. Средняя скорость движения увеличивается на 4,75 км/ч, скорость движения в направлении с наибольшей интенсивностью движения возрастает на 12,3 км/ч.
Таким образом, разные средства организации движения позволяют устанавливать желаемый и оптимальный режим движения транспортных средств на дороге.
Контрольные вопросы
ГЛАВА 6
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ
6.1. Скорость движения одиночных автомобилей
Для оценки принятых проектных решений и эффективности выбранных мероприятий по улучшению геометрических элементов дорог и повышению безопасности дорожного движения в качестве критерия применяют скорость движения.
Методы расчета скорости движения одиночных автомобилей основаны на положениях теории автомобиля и позволяют рассчитать теоретические максимальные значения скорости движения одиночного автомобиля в любой точке продольного профиля дороги криволинейного очертания.
Общий вид уравнения движения автомобиля по вертикальной кривой
(6.1)
где А, В - коэффициенты, получаемые при аппроксимации кривой вращающего момента двигателя; k - коэффициент сопротивления воздуха; F - площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению его движения, м2; υ - скорость движения автомобиля, м/с; G - вес автомобиля, Н; f - коэффициент сопротивления качению; i - продольный уклон дороги, отн. ед.; δ - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся частей автомобиля; g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; - ускорение автомобиля, м/с2.
После интегрирования уравнения (6.1) получаем выражение для определения скорости
(6.2)
где υH - начальная (входная) скорость движения на участке дороги, м/с; S1 = расстояние от начала участка, м;
R - радиус вертикальной кривой, м.
Эффективность использования метода расчета скорости движения автомобиля в проектировании автомобильных дорог зависит от того, насколько точно этим методом учитывается влияние элементов дорог на скорость движения.
Развитие и совершенствование методов расчета скорости движения, основанных на теории автомобиля, заключалось в более полном учете реальных условий движения, геометрических элементов плана и продольного профиля дороги.
Максимально возможная скорость движения на участках кривых в плане
(6.3)
где R - радиус кривой в плане, м; γ2φ2 - используемая доля коэффициента поперечного сцепления, принимаемая в зависимости от скорости движения в пределах от 0,18 для скорости движения 20 км/ч до 0,11 для скорости движения 150 км/ч; iв - поперечный уклон, ‰.
Максимально возможная скорость движения на вогнутых кривых в плане
(6.4)
где а - центробежное ускорение, а ≈ 0,5...0,7 м/с2.
Скорость движения на выпуклых вертикальных кривых определяют с учетом среднего уклона отдельных участков ломаной, которой заменяют вертикальную выпуклую
кривую (в зависимости от длины кривой отдельные участки ломаной принимают равными 50; 100 или 200 м).
Скорость движения в конце участка
(6.5)
где υн - скорость движения в начале участка, км/ч; Lp - длина участка ломаной, м;
D - средний динамический фактор для интервала скоростей; f - коэффициент сопротивления качению; iср - средний уклон на участке, отн. ед.; iср = iн - Δi/2;
iн - уклон в начальной точке участка, отн. ед.; Δi - изменение уклонов на участке, отн. ед.
Среднюю скорость движения на дороге определяют по средней скорости движения на отдельных элементах дороги:
где υcpi - средняя скорость движения на отдельных элементах, соответствующих Si, км/ч; - длина всей дороги, км.
Минимальное время движения при максимальной средней скорости движения
Рассмотренные методы расчета скорости движения на участках с малыми продольными уклонами не дают результатов, близких к реальным.
Для получения более точных значений скорости по формуле (6.2) было предложено учитывать степень открытия дроссельной заслонки двигателя автомобиля, %:
(6.7)
где ψ - суммарные дорожные сопротивления.
При расчетах скорости движения степень открытия дроссельной заслонки ориентировочно принимают следующей:
Уклон, ‰………………………………………………………..…….0...40 40....70 70 и более
Степень открытия дроссельной
заслонки двигателя автомобиля, %....................................................50...60 80....85 100
Особенно важна точность определения скорости движения при оценке безопасности дорожного движения по методу коэффициентов безопасности.
В этом случае необходимо иметь данные о допустимой скорости движения на отдельных элементах дороги. Значения скорости движения, получаемые по описанным выше методам, следует проверять по формулам расчета предельно допустимых скоростей движения:
на кривых в плане
(6.8)
где R - радиус кривой в плане, м; μ - коэффициент поперечной силы, μ = 0,15; iп - поперечный уклон, отн. ед;
на кривых в плане при ограниченной видимости
(6.9)
где φ1 - коэффициент продольного сцепления; i - продольный уклон, на котором расположена кривая, отн. ед.; S - расстояние видимости, м, S = ; В - ширина земляного полотна, м; 5 - запас пути для остановки перед препятствием, м; kэ - коэффициент эксплуатационных условий торможения, для легкового автомобиля kэ = 1,45, для грузового автомобиля kэ = 1,8;
на подъемах с уклоном i (до 20 ‰), заканчивающихся горизонтальным участком:
(6.10)
при выпуклом переломе с сопрягающимися уклонами i1 и i2
(6.11)
где S - расстояние видимости для уравнений (6.10) и (6.11), определяемое по формуле S = ; l0 - запас пути, м.
При определении скорости движения необходимо учитывать психофизиологическое воздействие дорожных условий на водителя. Рекомендуют следующие значения коэффициента τ3, учитывающего восприятие водителями дорожных условий:
Дорожные условия τ3
Конец спуска (уклона более 30 %о) с последующим
подъемом…………………………………………………………………….………..1,2
Горизонтальная кривая протяженностью 1 000 м………………………………….0,8
Малый мост………………………………………………………………………….0,85
Большой (средний) мост……………………………………………………………..0,7
Для получения графика скоростей движения, близкого к фактическому, расчет необходимо вести с учетом переменной степени открытия дроссельной заслонки двигателя автомобиля в зависимости от дорожных условий, а затем полученные расчетом значения скорости движения умножить на коэффициент психологического восприятия водителями дорожных условий τ3, т.е. υф = τ3υт.
6.2. Скорость движения транспортных потоков
В условиях высокой интенсивности движения большое значение приобретает оценка транспортно-эксплуатационных качеств дорог с позиций пропуска транспортных потоков.
Расчет скоростей движения транспортных потоков позволяет решать важные технико-экономические задачи, вопросы выбора средств и методов организации дорожного движения. Для оценки скорости движения транспортного потока можно использовать корреляционные уравнения, описанные в подразд. 4.2, 4.3. При этом средняя скорость движения транспортного потока на отдельном элементе дороги при 0,01 < z < 0,85
(6.12)
где v - коэффициент, учитывающий средневзвешенное влияние состояния дорожного покрытия на скорость движения потока в зависимости от природно-климатических условий; - коэффициент, учитывающий влияние геометрических элементов дороги, состава транспортного потока и средств организации дорожного движения;
υ0 - средняя скорость свободного движения однородного потока, состоящего из легковых автомобилей, на прямолинейном горизонтальном участке дороги с шириной проезжей части 7,5 м, краевыми полосами по 0,75 м и укрепленными обочинами шириной 3,5 м, υ0 = 70 км/ч; αл - коэффициент, учитывающий долю легковых автомобилей в составе транспортного потока; kα - коэффициент, учитывающий наличие дорожной разметки (табл. 6.1); N - интенсивность движения, авт./ч.
Таблица 6.1
|
Наличие разметки |
Коэффициент психологического восприятия водителями дорожных условий τ3 при ширине проезжей части, м |
kα |
||||
|
6 |
7 |
7,5 |
9 |
10,5 |
||
|
Без разметки |
0,7 |
0,9 |
1 |
1,05 |
1,1 |
1 |
|
Краевая разметка |
0,64 |
0,87 |
0,98 |
1,08 |
1,15 |
0,82 |
|
Осевая прерывистая разметка |
0,68 |
0,89 |
1 |
1,05 |
1,1 |
0,76 |
|
Осевая прерывистая в сочетании с краевой разметкой |
0,55 |
0,74 |
0,74 |
1,08 |
1,15 |
0,7 |
|
Сплошная разделительная линия |
0,59 |
0,75 |
0,75 |
1,04 |
1,1 |
0,62 |
Коэффициент v определяют следующим образом:
(6.13)
где m1, m2, m3, m4 - число дней эксплуатации соответственно при гололеде, влажном дорожном покрытии, снежном покрове на проезжей части и сухом дорожном покрытии
(определяют по климатическим справочникам); g1, g2, g3, g4 - коэффициент снижения скорости движения соответственно при гололеде (g1 = 0,45), влажном дорожном покрытии (g2 = 0,85), снежном покрове (g3 = 0,8) и сухом состоянии проезжей части (g4 = 1).
Коэффициент определяют по формуле
(6.14)
где τ1 - коэффициент, учитывающий влияние продольного уклона; τ2 - коэффициент, учитывающий влияние состава транспортного потока на скорость свободного движения; τ3 - коэффициент, учитывающий влияние дорожных условий и средств организации дорожного движения на скорости свободно движущихся автомобилей.
Значения коэффициента τ1 в зависимости от величины уклона следующие:
Уклон, ‰……………………………….…..0 20 30 40 50 60 70 80
τ1………………………………………………...…………….1 0,92 0,84 0,76 0,68 0,56 0,45 0,34
Значения коэффициента τ2 для разного состава потока следующие:
Доля легковых автомобилей в потоке, % ………….100 70 50 40 20 10 0
τ2…………………………………………………………………………….1 0,9 0,8 0,78 0,75 0,67 0,62
Расчетные значения коэффициента τ3 для разных сочетаний дорожных элементов при использовании средств организации дорожного движения таких, как разметка, необходимо несколько корректировать в соответствии с данными табл. 6.1.
Значения коэффициента αл, установленные по результатам обработки экспериментальных исследований, принимают для практических расчетов следующими:
Доля легковых
автомобилей
в потоке, %.................................................0 10 20 40 50 70 100
αл…………………………………..…….0,02 0,018 0,016 0,013 0,012 0,01 0,007
На величину коэффициента αл оказывают также влияние продольные уклоны и их протяженность (табл. 6.2), кривые в плане:
Радиусы кривых
в плане, м………………………………………..Менее 150 200 300 400 500 Более 600
Поправочные
коэффициенты
к значению αл……………………………………….1,2 1,15 1,11 1,1 1,02 1
Для оценки средней скорости быстродвижущихся автомобилей транспортного потока рекомендуется использовать выражение
(6.15)
при этом ; 0,01 < z < 0,85,
где τ1б - коэффициент, учитывающий влияние подъемов; τ2б - коэффициент, учитывающий влияние состава транспортного потока; αб - коэффициент, зависящий от состава транспортного потока.
Значения коэффициента τ1б в зависимости от величины уклона следующие:
Уклон, ‰……………………………..…….……0 20 40 60 80 100
τ1б…………………………………………………………………….1 1 0,95 0,92 0,85 0,75
Значения коэффициента τ2б в зависимости от состава движения следующие:
Доля легковых автомобилей
в потоке, % ………………………………………………….100 70 50 40 20 10
τ2б………………………………………………………………1 0,99 0,95 0,9 0,8 0,75
Таблица 6.2
|
Длина подъема, м |
Поправочные коэффициенты к значению αл при уклоне, ‰ |
|||
|
30 |
40 |
50 |
60 |
|
|
Менее 200 |
1,1 |
1,15 |
1,21 |
1,3 |
|
350 |
1,11 |
1,2 |
1,25 |
1,32 |
|
500 |
1,19 |
1,25 |
1,3 |
1,36 |
|
Более 800 |
1,22 |
1,32 |
1,38 |
1,45 |
Значения коэффициента αб в зависимости от состава движения следующие:
Доля легковых автомобилей
в потоке, % ……………………………………………...10 20 50 60 80
αб………………………………………………………..0,032 0,03 0,027 0,023 0,019
Приведенный расчетный метод эффективен для решения полного комплекса задач, требующих оценки скоростей движения транспортных потоков по участкам с меняющимися дорожными условиями, т.е. для решения задач технико-экономического проектирования дорог и организации дорожного движения.
В соответствии с ОДН 218.0.006 - 2002 «Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог» определение средней скорости движения транспортного потока производится в следующей последовательности.
На каждом характерном участке дороги (на протяжении которого основные элементы, параметры и характеристики дороги остаются неизменными) определяют значение фактически обеспеченной максимальной скорости движения, км/ч:
(6.16)
где - комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния дороги, который определяют по линейному графику оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги.
Снижение скорости при изменении интенсивности движения и состава транспортного потока
Δυ = 120ΔKр.с, (6.17)
где ΔKр.с - снижение коэффициента обеспеченности расчетной скорости движения при изменении интенсивности движения и состава транспортного потока (см. табл. 10.16, 10.17).
Средняя скорость транспортного потока на каждом характерном участке дороги
(6.18)
где t - функция доверительной вероятности, для доверительной вероятности 85 % t = 1,04; συ - среднее квадратическое отклонение скорости движения транспортного потока, км/ч.
Значения tσυ для двух- и многополосных дорог приведены в табл. 6.3 и 6.4.
Таблица 6.3
|
υф max, КМ/Ч |
tσυ, км/ч, для двухполосных дорог при доле грузовых автомобилей и автобусов |
||||
|
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
|
|
20 |
4,3 |
4 |
4 |
3,8 |
3,7 |
|
30 |
5 |
4,6 |
4,5 |
4,2 |
4,1 |
|
40 |
6,1 |
5,3 |
5,1 |
4,8 |
4,6 |
|
50 |
7,5 |
6,2 |
6 |
5,5 |
5,2 |
|
60 |
9,2 |
7,3 |
7 |
6,4 |
6,0 |
|
70 |
11,3 |
8,7 |
8,2 |
7,5 |
7 |
|
80 |
13,6 |
10,3 |
9,6 |
8,8 |
8,1 |
|
90 |
16,3 |
12,1 |
11,2 |
10,2 |
9 |
|
100 |
19,2 |
14 |
13 |
11,8 |
10,7 |
|
110 |
22,5 |
16,2 |
15 |
13,5 |
12,2 |
|
120 |
26,1 |
18,6 |
17,1 |
15,4 |
13,9 |
|
130 |
30 |
21,2 |
19,4 |
17,5 |
15,7 |
Таблица 6.4
|
υф max, КМ/Ч |
tσυ, км/ч, для многополосных дорог в зависимости от местоположения полос движения |
||
|
правая крайняя |
средние |
левая крайняя |
|
|
20 |
1,6 |
1,5 |
1,4 |
|
30 |
1,7 |
1,6 |
1,5 |
|
40 |
2,5 |
1,7 |
1,6 |
|
50 |
3,2 |
2,5 |
1,8 |
|
60 |
4,6 |
3,3 |
2,6 |
|
70 |
6,5 |
4,1 |
3,3 |
|
80 |
8,2 |
5,9 |
4,3 |
|
90 |
9,9 |
7,7 |
5,7 |
|
100 |
12,3 |
9,8 |
7 |
|
110 |
14,8 |
11,5 |
8,8 |
|
120 |
17,9 |
13,6 |
10,5 |
|
130 |
20,5 |
16,4 |
12,3 |
|
140 |
23,1 |
18,7 |
13,3 |
|
150 |
26,2 |
21,3 |
15,6 |
Средневзвешенная скорость транспортного потока по всей дороге, км/ч:
(6.19)
где υпi - средняя скорость транспортного потока на каждом характерном участке дороги, км/ч; li - протяженность каждого характерного участка дороги, км; п - число характерных участков; L - длина дороги, км.
Средняя скорость легковых автомобилей транспортного потока
(6.20)
Средняя скорость грузовых автомобилей транспортного потока
6.3. Пропускная способность автомобильных дорог
Методика расчета пропускной способности автомобильных дорог в соответствии с Руководством по оценке пропускной способности автомобильных дорог, утвержденном Минавтодором РСФСР 24.08.1981, основана на использовании коэффициентов ее снижения.
Такой подход к учету влияния дорожных условий на пропускную способность является очень удобным в практической работе. Для определения пропускной способности Р используют результаты измерения скорости движения одиночных автомобилей и максимальной плотности транспортного потока:
Р = ω α υсв qmax, (6.21)
где ω - коэффициент, учитывающий загрузку движением встречной полосы, при равномерном распределении ω = 1, при свободной встречной полосе движения (N < 100 авт./ч) ω = 1,3, при загруженной встречной полосе движения ω = 0,99; α - коэффициент, зависящий от дорожных условий, α = 0,18...0,23, обычно принимают α = 0,19; υсв - скорость движения одиночных автомобилей на рассматриваемом элементе дороги, км/ч; qmax - максимальная плотность транспортного потока, авт./км.
Коэффициент снижения пропускной способности дороги определяют как отношение пропускной способности Р рассматриваемого элемента дороги к пропускной способности дороги с особо благоприятными условиями движения Рmах:
β = Р/Рmах. (6.22)
Максимальная пропускная способность Рmах соответствует следующим дорожным условиям и составу транспортного потока:
прямолинейный горизонтальный участок большой протяженности без пересечений;
ширина полосы движения 3,75 м; укрепленные обочины шириной 3 м;
сухое дорожное покрытие с высокой ровностью и шероховатостью;
транспортный поток состоит только из легковых автомобилей;
отсутствуют какие-либо препятствия на обочинах, вызывающие снижение скорости движения;
погодные условия благоприятные.
Пропускная способность в конкретных дорожных условиях, привед. авт./ч:
Р = ВРmах, (6.23)
где В - итоговый коэффициент снижения пропускной способности дороги.
При расчете рекомендуется исходить из следующих значений максимальной пропускной способности Рmах:
двухполосные дороги - 2000 авт./ч (в оба направления);
трехполосные дороги - 4000 авт./ч (в оба направления);
дороги, имеющие четыре полосы движения и более: 1250 авт./ч для крайней правой, 1800 авт./ч для крайней левой, 1600 авт./ч для средних полос (на одной полосе).
Приведенные значения максимальной пропускной способности являются средними для указанных дорог.
В отдельных случаях на дорогах с двумя полосами движения была зафиксирована пропускная способность до 2800 авт./ч. Основной причиной снижения максимальной пропускной способности дороги является недостаточная протяженность участка с особо благоприятными условиями.
Итоговый коэффициент снижения пропускной способности:
при любом числе влияющих факторов
В = (0,5 + 0,037b + 0,4513S + 0,0046R - 0,0053pгр -
- 0,0038i + 0,0007с + 0,00118υогр) β8...β13, (6.24)
при числе влияющих факторов менее четырех
B = β1β2…β13. (6.25)
где b - ширина полосы движения, м, b = 3...3,75 м; S - расстояние видимости, км,
S = 0,045...0,4 км, при S > 0,4 принимают 0,4513S = 0,18052; R - радиус кривой в плане, км, R = 0,01...5 км; ргр - доля грузовых автомобилей в транспортном потоке, % (0...30 %); i - уклоны, ‰, i - 0...60 ‰; с - расстояние до боковых препятствий, м, с = 0...10 м; υoгp - ограничение скорости, км/ч, υoгp = 20...90 км/ч; β1 - β13 - частные коэффициенты, отражающие влияние соответственно ширины полосы движения (β1), бокового препятствия (β2), количества грузовых автомобилей в транспортном потоке (β3), продольного уклона (β4), расстояния видимости (β5), радиуса кривых в плане (β6), скорости движения (β7), типа пересечения (β8), состояния обочин (β9), типа дорожного покрытия (β10), типа сооружений для обслуживания проезжающих (β11), вида разметки проезжей части (β12), вида дорожных знаков (β13).
Пропускная способность при фактическом количестве автомобилей
Рф = P/(р1β' + р2β'' + ... + рnβn), (6.26)
где р1, р2, ..., рn - доля автомобилей отдельных типов в общем транспортном потоке; β', β'', ..., βn - коэффициенты приведения разных типов автомобилей к легковым.
Согласно СНиП 3.06.03 - 85 значения коэффициентов приведения следующие:
для легковых автомобилей - 1;
для мотоциклов и мопедов - 0,5;
для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 4 т - 1,5; 5 т - 2; 8 т - 2,5; 14 т - 3,5; свыше 14 т -4,5;
для автопоездов грузоподъемностью до 6 т - 3; 12 т - 3,5; 20 т - 4; 30 т - 5; свыше 30 т - 6;
для автобусов - 3,5.
При промежуточных значениях грузоподъемности транспортных средств коэффициенты приведения определяют интерполяцией.
Пропускная способность трехполосных автомобильных дорог может быть определена также по формуле
Р = 2,4 ααυαNυсвqmax, (6.27)
где α - коэффициент, учитывающий влияние дорожных условий на пропускную способность, α = 0,2; αυ - коэффициент, учитывающий влияние длины перегона между пересечениями и примыканиями на снижение скорости движения; αN - коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения интенсивности движения по направлениям
на степень загруженности средней полосы трехполосной дороги; υсв - скорость свободного движения, км/ч; qmax - максимальная плотность транспортного потока на одной полосе движения, авт./км.
Степень загруженности средней полосы трехполосных дорог зависит от неравномерности распределения интенсивности движения по направлениям, характеризуемой коэффициентом KN. Значение KN определяется как отношение интенсивности движения автомобилей преобладающего направления к интенсивности движения встречного потока автомобилей. При KN = 1 αN = 1, при KN ≥ 2 αN = 1,18.
Уровень загрузки дороги движением в часы пик не должен превышать предельно допустимых значений (табл. 6.5).
Таблица 6.5
|
Характеристика участков дороги |
Предельно допустимые значения уровня загрузки дороги движением |
|
|
для нового проектирования |
для существующих дорог |
|
|
Подъезды к аэропортам, железнодорожным станциям, морским и речным причалам и пристаням |
0,2 |
0,5 |
|
Внегородские магистрали |
0,45 |
0,6 |
|
Въезды в города, обходы и кольцевые дороги вокруг больших городов |
0,55 |
0,65 |
|
Автомобильные дороги II, III категорий |
0,65 |
0,7 |
|
Автомобильные дороги IV категории |
0,7 |
0,75 |
Пропускная способность полосы движения на мосту, расположенном на прямой в плане и при продольном уклоне менее 10 ‰, может быть рассчитана по формуле
Рм = 420 + 43Г - 2,285L + 0,257ГL, (6.28)
где Г - габарит моста, м, 7 < Г < 13м; L - длина моста, м, 100 < L < 300 м.
Пропускная способность автомобильной дороги в пределах малого населенного пункта
Рн.п = (1968,8 - 487,5L + 11,2l + 7,5Ll) К1К2, (6.29)
где L - длина участка дороги в пределах населенного пункта, км, 0,5 < L < 2,5 км; l - расстояние от кромки проезжей части до линии застройки, м, 5 < l < 25 м; К1 - коэффициент, учитывающий влияние пешеходного движения, К1 = 1...0,6; К2 - коэффициент, учитывающий влияние стоянки у пункта обслуживания, K2 = 1...0,6.
Оценка пропускной способности двухполосной дороги может быть определена по формуле
Р = 413 + 27b - 4,07i + 0,065R + 434,6pл, (6.30)
где b - ширина проезжей части, м, 7 ≤ b ≤ 9 м; i - продольный уклон, ‰, 0 ≤ i ≤ 60 ‰; R - радиус кривой в плане, м, 400 ≤ R ≤ 1000 м; рл - доля легковых автомобилей в транспортном потоке, отн. ед., 0,2 ≤ рл ≤ 0,8.
Результаты определения пропускной способности дороги оформляют в виде линейного графика пропускной способности и уровней загрузки отдельных участков дороги (рис. 6.1). При этом учитывают наличие зоны влияния каждого элемента дороги, вызывающего снижение пропускной способности, в пределах которой происходит изменение режима движения транспортных потоков и пропускной способности дороги.
Рис. 6.1. Линейный график изменения пропускной способности и
коэффициента загрузки дороги движением:
1 - двухполосная дорога до реконструкции; 2 - та же дорога после реконструкции в трехполосную
Следует исходить из следующих экспериментально установленных размеров зон влияния в каждую сторону от рассматриваемого элемента:
Населенные пункты……………………………………………………………...300 м
Участки подъемов длиной:
до 200 м……………………………………………………………………350 м
более 200 м………………………………………………………………...650 м
Кривые в плане радиусом:
более 600 м…………………………………………………………………100 м
менее 600 м…………………………………………………………………250 м
Участки с ограниченной видимостью:
менее 100 м…………………………………………………………………150 м
100...350 м…………………………………………………………………..100 м
более 350 м…………………………………………………………………..50 м
Пересечения в одном уровне…………………………………………………….600 м
Одновременно с линейным графиком изменения пропускной способности строят график изменения степени загрузки дороги движением.
При коэффициенте загрузки z > 0,5 рекомендуется перестраивать участок дороги или предусматривать мероприятия по организации дорожного движения.
Линейные графики пропускной способности и коэффициента загрузки движением дают объективную характеристику транспортно-эксплуатационного состояния дороги.
Поэтому службы эксплуатации и организации дорожного движения должны иметь такие графики, чтобы обоснованно выбирать вид и очередность мероприятия по поддержанию высоких транспортных качеств дороги.
6.4. Моделирование движения транспортных потоков
При решении практических задач, связанных с проектированием элементов автомобильных дорог и систем управления движением по ним, целесообразным является статистическое моделирование на ЭВМ движения транспортного потока.
Транспортный поток представляет собой сложную систему, точное описание функционирования которой в комплексе аналитическими методами оказывается практически невозможным.
Проведение натурных экспериментов и исследований характеристик движения транспортного потока в реальных дорожных условиях связано со значительными трудностями: большими затратами труда, времени, средств и сложностью их правильной организации. Часто оказывается невозможным в течение короткого периода наблюдений за отдельными характеристиками транспортных потоков получение устойчивых зависимостей этих характеристик от интенсивности или скорости движения.
Методы математического моделирования транспортных потоков позволяют проводить экспериментальное исследование с помощью ЭВМ, моделируя разные интересующие ситуации, комбинации характеристик транспортного потока, наличие разных средств организации дорожного движения и т. д.
Наиболее эффективным является метод статистического моделирования транспортных потоков, при использовании которого случайные факторы имитируют при помощи случайных чисел, формируемых ЭВМ.
Поскольку изменение характеристик транспортных потоков при определенных состояниях происходит непрерывно, возможно применение аналоговых вычислительных машин (АВМ).
Эти два метода моделирования необходимо рассматривать как дополняющие друг друга, учитывая, что отдельные ситуации (например, следование за лидером) достаточно наглядно моделируются на АВМ. Исследования транспортных потоков в лабораторных условиях можно дополнять отдельными контрольными экспериментами непосредственно на дорогах.
Моделирование на ЭВМ включает в себя следующие этапы:
постановка задачи;
качественное формулирование процесса движения транспортного потока;
разработка алгоритма решения задачи;
разработка программы для ЭВМ;
получение результатов моделирования;
сопоставление результатов моделирования с данными контролируемого эксперимента для оценки качества моделирования;
уточнение модели с учетом наблюдений;
получение окончательной модели и разработка на ее основе практических рекомендаций.
Для использования методов математического моделирования на ЭВМ в практике проектирования дорог и организации дорожного движения необходимо иметь совершенно достоверные исходные данные:
геометрические элементы дорог; средства регулирования; особенности восприятия водителем дорожных условий, отражающиеся на управлении автомобилем (развиваемое ускорение, интенсивность торможения и др.); режимы движения отдельных автомобилей; характеристики транспортного потока с учетом влияния элементов дороги и средств регулирования. Все эти данные должны быть установлены при детальных натурных наблюдениях.
Возможны комбинации из следующих моделирующих алгоритмов: следование за лидером; свободное движение; маневрирование с учетом геометрических элементов дороги, числа полос движения и наличия средств организации дорожного движения.
Эффективность алгоритма следования за лидером зависит от правильности моделирования поведения водителя при этом режиме движения.
Алгоритм свободного движения зависит в первую очередь от правильности учета распределения интенсивности движения по направлениям, состава транспортного потока, распределения интервалов между автомобилями, режима движения одиночного автомобиля.
Моделирующий алгоритм маневрирования составляется с учетом принимаемых водителем решений на дорогах с разным числом полос движения и при наличии средств организации дорожного движения (рис. 6.2).
Моделирование по этому алгоритму возможно двумя способами: последовательное рассмотрение ситуаций в транспортном потоке через выбранный промежуток времени; рассмотрение ситуаций в транспортном потоке по принципу особых состояний.
Рис. 6.2. Общий моделирующий алгоритм движения транспортного потока (смена полосы влево или вправо предусматривается только для многополосных дорог)
В первом случае последовательно через равные промежутки времени рассматривают положения автомобилей, их скорости и т.д.
Во втором случае состояние транспортного потока рассматривают только в моменты изменения его состояния (особых состояний). Этот способ является более экономичным, так как требует меньших затрат машинного времени.
При выборе способа моделирования приходится учитывать вид решаемой задачи.
Использование первого способа предпочтительнее при моделировании сравнительно простых ситуаций или движения транспортных потоков по отдельным элементам дорог.
Второй способ более эффективен для моделирования движения транспортных потоков на большом протяжении дороги.
При моделировании транспортных потоков на ЭВМ с целью оценки эффективности применяемых средств организации дорожного движения и их влияния на режим движения
транспортных потоков необходимы правильная разметка расположения средств регулирования, наличие надежных фактических данных о влиянии отдельных дорожных знаков (в первую очередь предупреждающих) на режим движения транспортных потоков, знание закономерностей управления автомобилями при наличии разных средств организации дорожного движения, учет возможных видов маневров автомобилей в зоне действия средств организации дорожного движения. Учет наличия средств организации дорожного движения отражается в общем моделирующем алгоритме, приведенном на рис. 6.2.
Моделирование движения транспортных потоков позволяет:
учитывать все многообразие ситуаций, возникающих при движении транспортных потоков;
учитывать любые сочетания дорожных условий, наличие средств организации дорожного движения и оценивать их эффективность;
оценивать условия движения не только транспортного потока в целом, но и каждого из составляющих его автомобилей;
учитывать случайный характер изменения всех показателей, характеризующих движение транспортного потока и каждого автомобиля;
проводить исследование характеристик движения транспортных потоков в лаборатории с проверкой отдельных положений в реальных условиях движения по дороге с контролируемым или неконтролируемым экспериментом, что дает возможность:
значительно снижать затраты на эксперименты, проводить их более целенаправленно, без риска дорожно-транспортных происшествий;
разрабатывать методы статистического моделирования транспортных потоков для решения задач, которые не могут быть решены аналитическими методами;
значительно сокращать продолжительность проведения исследования и подготовки практических мероприятий по улучшению условий движения. Это особенно эффективно при сравнении вариантов проектируемых дорог с учетом движения транспортных потоков;
устанавливать основные характеристики транспортных потоков и давать им количественную и качественную оценку, а также уточнять постановку аналитических задач и проверять достоверность аналитических зависимостей;
получать более точные решения, чем при использовании методов теории массового обслуживания;
решать практические задачи с учетом экономико-математических моделей;
получать характеристики транспортного потока для большого протяжения дорог, измерение которых невозможно или очень затруднено в реальных условиях;
получать решения для дорог любых категорий и для любой точки дороги.
При анализе эффективности средств организации дорожного движения и оценке проектных решений с учетом экономико-математических методов комплексное использование ЭВМ позволяет выбирать оптимальные решения.
Контрольные вопросы