Методика оценки безопасности движения и транспортных качеств автомобильных дорог


Этот метод, разработанный в соответствии с методикой расчета дорожных одежд нежесткого типа, предложенной Союздорнии, имеет ряд существенных недостатков, а именно:

а) кратковременное многократное приложение колесной нагрузки заменяется длительным действием усилия, значительно превышающего фактическую нагрузку;

б) значительная продолжительность одного испытания (4 - 5 час) не позволяет оценивать прочность дорожной одежды на маршрутах большой длины;

в) большой вес установки, превышающий 10 т, требует применения специально сконструированных тяжелых прицепов. При вынужденном использовании меньших нагрузок экстраполяция кривой вдавливания штампа до максимально допустимой относительной вертикальной деформации может явиться причиной погрешностей. Применение малых штампов также увеличивает погрешности измерений.

Вместо этого метода получила распространение оценка прочности дорожной одежды рычажными прогибомерами.

Впервые рычажный прогибомер был применен в 1954 г. в США Бенкельманом. В последующие годы рычажные прогибомеры усовершенствованной конструкции получили широкое распространение в США, Польше, Венгрии и других странах. В Советском Союзе конструкция прогибомера рычажного типа была разработана под руководством профессора Н.Н. Иванова (МАДИ) и Центральной научно-исследовательской лабораторией (ЦНИЛ) Гушосдора и выпускается в настоящее время серийно.

В основу метода оценки прочности дорожных одежд нежесткого типа рычажным прогибомером положена величина предельно допустимого упругого прогиба поверхности покрытия в наиболее неблагоприятный период года под колесом груженого автомобиля. За расчетный принят груженый автомобиль МАЗ-200 с нагрузкой на колесо 4550 кг и давлением в шинах 4,5 кг/см2.

Величина предельно допустимых прогибов была установлена на основании результатов обследования автомобильных дорог и анализа зарубежных исследований с учетом перспективной интенсивности и состава движения, а также типа покрытия.

Значения допустимых прогибов асфальтобетонных покрытий, в зависимости от требуемого по интенсивности движения модулей деформации, приведены в табл. 44.

Таблица 44

Требуемый модуль деформации, кг/см2

Требуемый модуль длительной упругости, кг/см2

Допустимый прогиб асфальтобетонного покрытия, мм

700

2260

0,75

600

1950

0,85

560

1820

0,95

500

1620

1,05

380

1230

1,40

300

970

1,75

Величины предельно допустимого прогиба, параметры расчетного автомобиля и допустимые модули упругости связаны между собой зависимостью:

                                                               (38)

где: p - удельное давление колеса автомобиля на покрытие (p = 1);

p0 - давление воздуха в шинах (кг/см2);

D - диаметр круга, площадь которого равна отпечатку колеса автомобиля.

Для определения допустимой величины прогиба с учетом интенсивности движения в процессе обследований следует использовать график, приведенный на рис. 57.

Рис. 57. График определения допустимых модулей длительной упругости и прогибов дорожной одежды при испытании колесом автомобиля в зависимости от интенсивности движения

1 - дорожные одежды капитального типа, 2 - дорожные одежды облегченного типа

При измерении прогибов прогибомер устанавливают между спаренными задними колесами автомобиля, точно в середине зоны контакта, и берут отсчет по индикатору, прикрепленному к балке. Затем автомобиль тихо отъезжает и после прекращения упругого поднятия покрытия берут второй отсчет по индикатору.

По разности отсчетов вычисляют величину упругого прогиба поверхности дорожной одежды в точке измерения. Для контроля измерения повторяют через 5 м. Если величина прогибов при двух измерениях отличается не более чем на 10 - 15 %, то за расчетный принимают средний арифметический прогиб, который и характеризует прочность участка. В случае больших расхождений измерения повторяют в третьей точке и из трех полученных значений одно, сильно отличающееся от остальных, отбрасывают, а из двух вычисляют среднее арифметическое.

Для ускорения измерений вместо повторных промеров после перемещения автомобиля можно одновременно измерять прогибы под обоими колесами оси автомобиля двумя прогибомерами (см. рис. 55).

Величину упругого прогиба при нагружении дорожной одежды колесом расчетного автомобиля можно измерять также точными геодезическими инструментами или специально сконструированными оптическими приборами.

Динамические методы оценки прочности заключаются в измерении деформации дорожной одежды при кратковременном приложении нагрузки, продолжительность действия которой близка к продолжительности действия колеса автомобиля. Для этой цели применяют ударные приборы, принцип работы которых основан на регистрации вертикальных деформаций дорожной одежды в момент удара о металлический штамп сброшенного с определенной высоты груза. В СССР такой прибор разработан в МАДИ канд. техн. наук Ю.М. Яковлевым и выпускается серийно. Для регулирования продолжительности нагрузки и в известной степени моделирования действия шины удар передается на штамп через пружину определенной жесткости.

По известным величинам веса падающего груза, вертикальной деформации дорожной одежды, степени жесткости пружины и высоты, с которой падал груз, вычисляют величину динамического усилия и длительности ударного действия нагрузки.

Модули длительной упругости вычисляют как отношение удельного давления на штамп к относительной вертикальной упругой деформации дорожной одежды.

Рассчитанные по данным измерений модули деформации или упругости записывают в графу 12 (рис. 51) линейного графика дорожной одежды. Затем вычисляют коэффициент запаса прочности делением фактического модуля деформации на требуемый.

По величине коэффициента запаса прочности дорожной одежды рассчитывают необходимое усиление или фиксируют соответствие фактической прочности дорожной одежды требованиям движения. Затем анализируют изменения величины коэффициента запаса по длине дороги, отмечая участки с Kз > 1; Kз = 1 и Kз < 1, и для каждого участка делают проверку уменьшения коэффициента запаса прочности дорожной одежды по изменению грузонапряженности дороги по сравнению с предусмотренной по проекту.

                                       (39)

Для участков с коэффициентом запаса прочности больше 1 вычисляют сроки наступления потребности в усилении дорожной одежды по формуле:

                                                  (40)

где: Kmin ≥ 0,8, q = 1,02 - 1,05.

По результатам расчета намечают план организации работ по усилению дорожной одежды на всем протяжении маршрута.

Совместный анализ коэффициентов запаса прочности дорожной одежды (графа 13 рис. 51) и коэффициента службы покрытия (графа 2) позволяет оценить полную или частичную работоспособность дороги.

§ 26. ОЦЕНКА РОВНОСТИ ПОКРЫТИЯ

Ровность дорожного покрытия является одним из основных показателей, характеризующих транспортно-эксплуатационные качества дороги. От ровности зависит максимально возможная скорость движения автомобиля и, следовательно, время доставки грузов, расход топлива, износ резины, конструктивные элементы автомобиля, межремонтные пробеги автомобилей и себестоимость перевозок, безопасность и удобство движения.

Степень ровности характеризуется количеством, размерами и расположением неровностей на поверхности дорожной одежды.

В зависимости от формы и расположения на покрытии различают три основные группы неровностей:

возвышения и впадины - неровности с пологими краями различных размеров, беспорядочно разбросанные по поверхности покрытия. Характерной особенностью неровностей этого типа является их малая глубина по сравнению с площадью. Такие неровности могут появиться в результате неравномерной осадки основания, неравномерного уплотнения покрытия, просадок, вследствие интенсивного движения тяжелых автомобилей, нарушения технологии ямочного ремонта;

выбоины - углубления на поверхности покрытия с довольно крутыми краями, возникающие в результате выбивания материала покрытия колесами;

волны («гребенка»), т.е. неровности в виде поперечных валов и понижений с пологими краями, примерно одинаковых размеров, более или менее равномерно чередующиеся вдоль покрытия. Расстояние между гребнями обычно меняется в пределах 0,8 - 1,5 м.

При проезде по волнистой поверхности возникают резкие колебания колес и кузова автомобиля, близкие к вибрации, которые приводят к быстрому износу автомобиля и вызывают неприятные ощущения у пассажиров и водителя.

Все существующие в настоящее время приборы для оценки ровности дорожных покрытий по основному их назначению можно объединить в две группы:

1. Приборы, в основе конструкции которых положено измерение микропрофиля поверхности покрытий относительно условной линии.

Работа с этими приборами для характеристики большого участка дороги требует значительных затрат времени. Приборы первой группы используют поэтому при исследовательских работах или при выборочной проверке во время приемки дорог.

2. Приборы, оценивающие размер неровностей по характеру их воздействия на движущийся экипаж, т.е. измеряющие амплитуду и ускорения кузова при проезде автомобиля по неровному покрытию.

К первой группе приборов относятся разнообразные конструкции реек, профилографов и профилометров. К ним же могут быть отнесены установки, работающие на принципе токов высокой частоты и ультразвука.

Простейшим прибором этой группы является деревянная или металлическая рейка длиной 3 м (рис. 58).

Рис. 58. Трехметровая деревянная рейка для оценки ровности дорожных покрытий

а - база рейки длиной 3 м, б - рукоять для переноски, в - клиновидный шаблон для оценки просвета между рейкой и поверхностью покрытий

Ровность покрытия оценивают по величине просвета между поверхностью покрытия и нижней кромкой рейки, уложенной на проезжую часть. Качество покрытия определяют промером участка дороги определенной длины (обычно 300 м) и по процентному соотношению величины просветов оценивают ровность.

Допускаемое процентное соотношение и величину просветов меняют в зависимости от типа покрытия (усовершенствованные капитальные - 3 мм, усовершенствованные облегченные - 7 мм, переходные - 10 мм, основания - 15 мм).

Качество покрытий по ровности оценивают согласно табл. 45.

Таблица 45

Тип покрытия

Качество

Процент просветов < 3 мм

Процент просветов < 5 мм

Цементобетонные

отличное

≥ 40

0

хорошее

≥ 20

0

удовлетворительное

< 20

100

Асфальтобетон

отличное

≥ 70

0

хорошее

≥ 50

0

удовлетворительное

< 50

100

Для быстрого измерения величины просвета под рейкой используют специально изготовленные для этой цели клинообразные шаблоны, каждая ступенька которых соответствует просвету определенной величины (рис. 58).

В литературе опубликовано много вариантов различных конструкций реек, снабженных различными полуавтоматическими приспособлениями в виде сигнальных устройств (звонки, световой сигнал, окрашивание неровностей краской и т.д.).

Дальнейшее развитие идея трехметровой рейки получила в виде различных конструкций профилографов.

В начале 60-х годов на кафедре «Теоретической механики» МАДИ совместно с ЦНИЛ Гушосдора Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР была разработана аппаратура для скоростной записи микропрофиля автомобильных дорог, позволяющая оценивать с высокой степенью точности ровность дорожного покрытия. Микропрофиль дорожного покрытия записывается на магнитофонную ленту, расшифровка и статическая обработка которой осуществляется на аналоговой машине. Аппаратура позволяет измерять неровности на маршрутах большого протяжения со скоростью 60 км/час, обеспечивая при этом точность около 10 %.

Патентов на приборы типа профилографов в последнее время появилось большое количество, однако конструкции, пригодной для широкого практического использования, до сих пор не создано. Трехметровая рейка по-прежнему остается наиболее простым, надежным, но крайне трудоемким приспособлением, имеющим самое широкое распространение во всех странах мира.

Ко второй группе приборов, основанных на косвенной оценке ровности покрытия по силовым воздействиям, передающимся на автомобиль, относятся акселерометры, предназначенные для регистрации вертикальных ускорений при проезде автомобиля по неровной дороге, и толчкомеры, регистрирующие сумму прогибов рессор при проезде автомобиля по дороге.

Из всех приборов второй группы наиболее широкое распространение получил толчкомер, разработанный в Харьковском автомобильно-дорожном институте под руководством проф. А.К. Бируля. Более совершенный прибор, устанавливаемый на прицепе, несколько отличный по своей конструкции от толчкомера ХАДИ, применяется в США под названием «интегратор толчков» (рис. 59).

Рис. 59. Интегратор толчков (США)

1 - прицепная серьга, 2 - крепление рессоры, 3 - контактный счетчик оборотов, 4 - колесо, 5 - стоп-сигнал, 6 - интегратор толчков, 7 - амортизатор, 8 - трос интегратора, 9 - шина