НАДЕЖНОСТЬ И ПРОЕЗЖАЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Важным обобщающим показателем транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной до­роги является ее надежность.

Под надежностью автомобильной дорогипони­мают вероятность обеспечения среднегодовой тех­нической скорости транспортного потока, близкой к оптимальной в течение нормативного срока (межремонтного периода между капитальными ремонтами дорожной одежды) службы дорож­ной одежды. Количественно надежность дороги выражается числом автомобилей в составе 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 понятие надежности автомобильной дороги включает надежность отдельных ее элементов.

В настоящее время наиболее детально вопросы надежности разработаны для дорожных одежд. Основой этого подхода является учет случайных изменений прочностного состояния дорожной одежды.

На рис. 3.1 показан пример изменения на­дежности усиленной нежесткой дорожной одеж­ды в зависимости от сро­ка ее эксплуатации (по данным М. С. Коганзона и Ю. М. Яковлева). На графике видно рез­кое уменьшение надеж­ности после 12 лет ее эк­сплуатации. Уменьшение надежности начинается после расчетного срока службы  дорожной одежды. При росте ин­тенсивности по геометри­ческой прогрессии расчетный год определяют по формуле:

 ,   (3.1)

где q - знаменатель геометри­ческой прогрессии, описываю­щий рост интенсивности дви­жения от года к году;

Т_сл - срок службы, годы.

Кривая, показанная на рис. 3.1, получена рас­четом:

P = 1 – r_i  ,               (3.2)

где р - надежность дорожной одежды по прочности;

r_i - степень деформируемости дорожной одежды;

, (3.3)

_к - среднее квадратическое отклонение коэффициента прочности на участках с остаточными деформа­циями;

 - среднее значение коэффициента прочности на участке с остаточными деформациями, в среднем = 0,7;

К_пр1, К_пр2 - численные значения коэффициентов прочности, в пределах которых определяют величину г;

К_пр = Е_ф/Е_тр .

Е_ф, Е_тр - фактический и требуемый модули упругости.

Надежность тесно связана с понятием отказа, под которым понимают событие, характеризую­щее потерю работоспособности или выход из строя элемента какой-либо системы.

Для дорожной одежды под отказом понимают снижение расчетной прочности за период менее предусмотренного расчетом. В общем случае отказ дорожной одежды - это событие, при кото­ром нарушается возможность транспортного потокавыполнять определенную удельную работу (в тонно-километрах за час или сутки). Отказ дорожной одежды может возникнуть при снижении ее прочности, ухудшении ровности и сцепных качеств покрытия дороги. Учитывая, что появление отказовдорожной одежды происходит не сразу, а но мере ее эксплуатации, мероприятия по улуч­шению состояния дорожных одежд следует выпол­нить стадийно.

Анализ основных понятий теории надежности с точки зрения использования их для решения вопросов эксплуатации автомобильных дорог и ста­дийного их совершенствования был выполнен Ю. В. Слободчиковым и Ю. М. Ситниковым. Ими была разработана диаграмма изменения уровня надежности дорожной одежды в процессе ее эксплуатации (рис. 3.2). Эта диаграмма основана на том, что 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, когда дальнейшая эк­сплуатация дороги становится невозможной, т. е. возникает отказ. Этот момент характеризует нижний предельно допустимый уровень надежности. Если не выполняются средние ремонты, то такой нижний предел наступает быстро вследствие ин­тенсивного прогрессирующего разрушения дорож­ного покрытия. Выполнение работ по содержанию дороги и средних ремонтов отдаляют сроки проведения капитального ремонта и таким образом увеличивают общий срок службы покрытия. Сроки проведения текущих и средних ремонтов являют­ся технико-экономическим понятием. Поэтому внутри контура (см. рис. 3.2) предельных техни­ческих уровней надежности существует контур экономически целесообразных уровней надежности. Путем периодических ремонтов повышают надеж­ность покрытия до экономически целесообразного уровня. Таким образом, возникающие на дороге отказы устраняются ремонтами. Общая долговеч­ность всей дороги складывается из суммы сроков службы конструкции, определяемых временем наступления промежуточных отказов.

После исчерпания возможности конструкции обеспечивать требуемые эксплуатационные харак­теристики на основе ремонтов и содержания необходим перевод этой конструкции в новое каче­ственное состояние на основе реконструкции, т. е. устройства более капитального покрытия.

Ю. В. Слободчиков и Ю. М. Ситников реко­мендуют следующую зависимость для оценки уров­ни надежности битумоминерального покрытия                    ,         (3.4)

где h - текущее значение площади, подверженной деформа­ции, тыс. м²;

m - количество ремонтных бригад;

t_р - время, необходимое для ремонта 1000 м² покрытия дороги одной бригадой.

Подобный метод обоснования средних ремонтов был ранее использован проф. А. К. Бируля. Отли­чие методов заключается в том, что А. К. Бируля и качестве главного критерия применял среднюю скорость движения, а не надежность.

Понятие о 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 при нерезервированных системах, какой является авто­мобильная дорога с одной проезжей частью, надежность дороги в целом оценивается надежностью ее составных элементов (дорожной одежды и по­крытия, искусственных сооружений, земляного по­лотна, геометрических элементов).

Дорога, имеющая несколько полос движения, представляет собой резервируемую систему, при ко­торой исключается полный отказ, так как можно переключить движение на действующую проезжую часть.

Более узким понятием является проезжаемость дороги.Под проезжаемостью автомобильной доро­ги понимают возможность проезда одиночных ав­томобилей различных типов с минимально допу­стимой скоростью в различные 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 обе­спечиваются 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 большой вес, так как толщина дорожной одежды и конст­рукция искусственных сооружений не всегда рас­считаны на пропуск таких нагрузок. В этом слу­чае следует говорить о проезжаемости дороги для рассматриваемого типа транспортного средства.

Дороги более низких категорий имеют ограни­ченную проезжаемость для разных типов автомо­билей. Наличие крутого подъема не влияет на проезжаемость по дороге легкового автомобиля, но оказывает большое влияние на режим движения тяжелого грузового автомобиля. Проезжаемость дороги при наличии кривых малых радиу­сов в плане зависит от габаритов автомобилей. Могут возникнуть ситуации, при которых для про­езда крупногабаритного автомобиля необходима осуществление специальных мероприятий по уширению проезжей части.

Дорога может быть полностью или частично непроезжаемой для транспортных средств, имею­щих большие габариты 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 погодно-климатические условия. Так, на­пример, появление гололеда приводит к резкому понижению проезжаемости дороги часто на дли­тельные периоды (иногда на 8—12 ч).

Наиболее существенное влияние оказывают погодные условия на проезжаемость грунтовых до­рог. В сухое время года эти дороги имеют хоро­шую проезжаемость, однако в весенний и осенний периоды такие дороги 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; погодные и климатические условия.

Опыт эксплуатации дорог с незначительной ин­тенсивностью 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 полностью пересыхают.

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 грузовых и пассажирских перевозок автотранспортными предприятиями. Учет показателей надежности и проез­жаемости автомобильных дорог позволяет дать бо­лее полную характеристику транспортно-эксплуатационного состояния дороги.

РОВНОСТЬ ПОКРЫТИЯ

Ровность является одним из основных показате­лей, характеризующих удобство движения по до­роге и оказывающих решающее влияние на ско­рость автомобилей и транспортную работу дороги в целом.

Плохое состояние покрытия дороги значитель­но ухудшает условия движения: появляются вред­ные для водителя и автомобиля вибрации, суще­ственно усложняются условия работы водителя, так как он длительное время вынужден следить за состоянием проезжей части, часто изменять траекторию движения, тормозить и разгоняться. Все это отвлекает его вни­мание от других важных с точки зрения безопасно­сти движения элементов дороги и автомобиля. По­этому ухудшение ровно­сти приводит к повыше­нию аварийности.

Существуют три груп­пы приборов для измере­ния ровности дорожных покрытий: упрощенные приборы для оценки ров­ности поверхности покры­тий (рейки различных конструкций); приборы, позволяющие измерять продольный профиль до­рожных покрытий (профилографы); приборы, основанные на оценке динамического воздействия покрытия на автомобиль (толчкомер, акселерометр).

Ровность измеряют при строительстве с помощыо рейки длиной 3 м. Максимальный просвет под такой рейкой допускается не более 5 мм.

Наиболее распространенный прибор для измерения ровности - толчкомер, впервые предложенный в 30-х годах проф. А.К. Бируля. Последняя конструкция этого прибора состоит (рис. 3.3) из установленной в кузове автомобиля храповой муфты 4, соединенной с задним мостом 8 гибким тросом 6 , который намотан на барабан 5, жестко соединенный с храповой муфтой. Конец троса через пружину 7 прикреплен к станине прибора на полуавтомобиля. При сжатии рессор и при колебанияхкузова автомобиля натянутый трос проворачивает барабан и храповую муфту. Поворот хра­повой муфты передается счетному механизму 9.При обратном движении во время разжатия рес­соры храповая муфта выходит из зацепления со счетным механизмом и показания его не меняются. Показания счетного механизма печатаются на бу­мажной ленте, которая прижимается к цифрам электромагнитным механизмом, включаемым в нужный момент (например, при проезде километ­рового знака) нажатием на кнопку 1и включени­ем электродвигателей 2 и 3.

Е. И. Поповым установлена устойчивая корре­ляционная зависимость между средним размером просвета под трехметровой рейкой Н (мм) и показанием толчкомера S (см/км):

S = 20 + 7,1 h^1,7           (3.5)

Прибор для измерения ровности более совер­шенной конструкции разработан в МАДИ под ру­ководством проф. А. А. Хачатурова (рис. 3.4). Этот прицепной прибор, выполненный в виде рамы, «медленного маятника» и колеса, записывает мик­ропрофиль покрытия на магнитную ленту. Резуль­таты измерений обрабатывают во время измерений аналоговым спектрометром-анализатором.

Для оценки ровности покрытия применяют также акселерометр ХАДИ, позволяющий фикси­ровать вертикальные ускорения. Акселерометр ус­танавливают на полу кузова автомобиля. Исследование вертикальных ускорений показали, что при колебаниях кузова автомобиля беспокоящими яв­ляются систематические ускорения 2 - 2,5 м/с² и единичные 3 - 4 м/с². Неприятным колебаниям со­ответствуют систематические ускорения 3 - 4 м/с²  и единичные 5 - 7 м/с².

Союздорнии предложен многоколесный профилометр, позволяющий записывать продольный профиль поверхности дорожного покрытия. Однако этот прибор очень громоздок и имеет низкую производите л ьность.

В Союздорнии разработан также быстроход­ный ровномер (ПКРС) в виде прицепной тележки с одним колесом.

Ровность оказывает большое влияние на ско­рость движения. По данным Ю. В. Слободчикова, но мере ухудшения ровности происходит сниже­ние скорости автомобилей всех типов (рис. 3.5, а). Эту зависимость с достаточной точностью можно описать уравнениями:

для легковых автомобилей при 5< S <8000

V = 70,0 - 0,016 S ;  (3.6)

для грузовых автомобилей при 5< S <8000

V = 55,0 - 0,023 S ,  (3.7)

где S - показания толчкомера, см/км.

Влияние ровности на аварийность еще недоста­точно изучено. Общий анализ данных о происшествиях показывает, что с ухудшением ровности число дорожно-транспортных происшествий возра­стает (рис. 3.5, б).

Однако число дорожно-транспортных происшествий растет до некоторого предела, затем происходит резкое снижение числа происшествий в связи с уменьшением скорости движения автомобилей из-за плохой ровности.

А. Я. Эрастовым и В. И. Бородиным предло­жена следующая зависимость для оценки числа происшествий на 1 млн. авт-км:

А = 0,0915 S^0,5      при 80 <  S  < 300 см /км, (3.8)

где S  - показание толчкомера, см/км при скорости 50 км/ч.

Основными причинами происшествий на участ­ках дорог с неудовлетворительной ровностью 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 происшествия в ночное вре­мя вследствие ослепления водителей отраженным светом фар от поверхности воды, заполняющей неровности.

Практика показывает, что при очень высокой ровности покрытия водители склонны к превыше­нию безопасных скоростей движения. Поэтому в настоящее время наряду с решением проблемы обеспечения высокой ровности покрытия ставится задача разработки мероприятий по предупрежде­нию водителей о превышении безопасной скоро­сти движения.

Одним из таких мероприятий является устрой­ство шумовых и трясущих полос.

Кафедрой проектирования дорог МАДИ в 1970 г. впервые в СССР (А. Садырходжаевым) были проведены опыты снижения скоростей дви­жения на опасных участках дорог путем устрой­ства поперечных полос поверхностной обработки c крупностью щебня 5 - 15 и 15 - 25 мм. При обес­печенной видимости средняя скорость автомобилей па кривой радиусом 75 м после устройства полос снизилась на 10 км/ч. Расстояние между полоса­ми принималось неодинаковым - для первых трех 15 - 18 м, а затем постепенно уменьшалось до 10 - 3 м.

В Англии для резкого снижения скоростей дви­жения на территории парков, подъездах к админи­стративным, больничным и другим зданиям устраивают специальные возвышающиеся на 5 - 10 см поперечные полосы шириной 0,5 - 1,0 м из асфаль­тобетона.

Необходимо сочетать создание хорошей ровно­сти покрытия с обустройством дороги, обеспечивающим оптимальную эмоциональную напряжен­ность водителя.

Конечным результатом ухудшения ровности по­крытий является рост себестоимости автомобиль­ных перевозок. Для дорожных условий Казахской ССР, по данным Ю. В. Слободчикова, себестои­мость автомобильных перевозок следующим обра­зом меняется в зависимости от ухудшения ровно­сти покрытий:

Показания толчкомера, см/км ......................... 20  100  250 500  1000
Относительная себестоимость перевозок, %.. 100 110 127 156 227

Ухудшение ровности покрытий, характеризуе­мое показаниями толчкомера 5 (см/км), связано с количеством грузов Q (млн. т брутто), которое может пропустить дорога, линейной зависимостью. Для битумоминеральных покрытий

S = Q + .                 (3.9)

Значения коэффициентов  и  в уравнении (3.9) зависят от типа покрытий:

Усовершенствованные:

капитальные (нежесткие)...... ………………..    9,0 60,0

облегченные…………………………………… 23,5 90,0

Переходные :

обработанные вяжущими.... ………………… 47,0 140,0

необработанные.................... …………………..110,0 270,0

При продолжении эксплуатации покрытий, для которых показания толчкомера превысили 500 см/км, начинается прогрессирующее ухудше­ние их ровности, появление выбоин вплоть до раз­рушения покрытий.

Требования к предельно допустимому сниже­нию ровности покрытия нормируют по минимуму суммарных приведенных расходов автомобильного транспорта на перевозки грузов и дорожного хозяйства, на ремонты дорожных покрытий. При этом учитывают 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 табл. 3.1.

Таблица 3.1

Покрытия	Предельно допустимые показания толчкомера, см/км, при интенсивности движения, авт./сут
	Менее 500	500-1000	1000-2000	2000-3000	Более 3000
Асфальтобетонные и цементобетонные… Гравийные и щебеночные, обработанные органическими вяжущими материалами………..	-   400	220-270   290-400	160-220   220-290	130-160   180-220	130   -

 

В ХАДИ разработаны рекомендации (табл. 3.2), позволяющие по показа­нию толчкомера оценить состояние дорожного пок­рытия. При нормирова­нии межремонтных сроков необходимо учитывать уменьшение срока службы 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 S_пред. Ю. М. Ситников установил зависимость сроков службы Т_слдорожного покрытия между средними ремонтами от S_пред (рис.3.6) при ежегодном приросте интенсивности движения, характеризуемом показателем q = 1,05.

Таблица 3.2

Покрытия	Показания толчкомера, см/км, для дорог		Состояние покрытия
	І-ІІ категории	ІІІ категории
Асфальтобетонные     Цементобетонные	Менее 50 50-100 100-200 Более 200   Менее 50  50-100 100-200 Более 200	Менее 50 50-100 150-300 Более 300   Менее 75 75-200 200-300 Более 300	Отличное Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное   Отличное Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное

Поддержание ровности дорожного покрытия позволяет существенно снизить расходы как на ремонт автомобилей, так и на ремонт дорожной одежды.

 

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1420; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!