Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева

Подождите немного. Документ загружается.

Кроме того, в результате взаимодействия ведущих колес и покрытия в

плоскости проезжей части в зоне контакта шины с покрытием возникает

реактивная тангенциальная сила (касательная реакция), практически равная

окружной силе (или тяговому усилию) и направленная в сторону движения

автомобиля. Ее наибольшее возможное значение ограничено силой

сцепления шины с покрытием, когда автомобиль может двигаться без

скольжения (буксования) колес.

Напряжения, возникающие в дорожной одежде при проезде автомобиля от

действия нормального и тангенциального усилий, затухают с глубиной (рис.

4.8).

Рис. 4.8. Напряжения от колес автомобилей в многослойной дорожной одежде:

а - эпюра вертикальных напряжений



; б - эпюра горизонтальных напряжений



;

1 - покрытие: 2 - основание; 3 - дополнительный слой основания; 4 - подстилающий грунт;

5 - напряжения в дорожной одежде; 6 - напряжения в однородном грунте

Воздействие автомобиля на дорожную одежду характеризуется нагрузкой,

приходящейся на ось, удельным давлением в зоне контакта колеса

автомобиля с покрытием, временем приложения нагрузки, частотой ее

повторения и динамичностью приложения. Величина осевой нагрузки

зависит от грузоподъемности автомобиля, количества осей и схемы их

расположения. Время приложения нагрузки зависит от скорости движения

автомобиля, а число приложений и интервал между ними непосредственно

зависят от интенсивности движения и ее распределения по часам суток.

Указанные показатели автомобильных нагрузок определяют их

воздействие на дорожную одежду, ее напряженно деформированное

состояние, износ, работоспособность и срок службы.

В качестве расчетного используют наиболее тяжелый автомобиль из

систематически обращающихся по дороге, доля которого составляет не менее

10 % с учетом перспективы изменения состава движения к концу

межремонтного срока. Расчетной схемой нагружения дорожной одежды

колесом автомобиля является гибкий круговой штамп диаметром D,

передающий равномерно распределенную нагрузку величиной Р. Величина

расчетного удельного давления колеса на покрытие Р и расчетного диаметра

D приведенного к кругу отпечатка расчетного колеса назначают с учетом

параметров расчетных автомобилей. Величину Р принимают равной

давлению воздуха в шинах. Диаметр расчетного отпечатка шины D

определяют из зависимости:

где

(4.16)

расч

- расчетная величина нагрузки, передаваемой колесом на поверхность

покрытия, кН;

Р - давление, МПа.

При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают

нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного

двухосного автомобиля. Если в задании на проектирование расчетная

нагрузка не оговорена специально, за расчетную принимают нагрузку,

соответствующую расчетному автомобилю группы А. Порядок приведения

изложен в п. 1.3. Данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие

автомобилями, выпускаемыми серийно, принимают по специальным

справочникам.

Исследования проф. В.Ф. Бабкова показали, что при движении

транспортных средств по неровной поверхности давление колеса на

покрытие то возрастает по сравнению со статическим, то убывает.

Отношение напряжения (деформации), вызванного динамическим действием

нагрузки, к напряжению (деформации), вызванному статическим действием

той же нагрузки, называют коэффициентом динамичности нагрузки, или

динамическим коэффициентом. Его зависимость от скорости для различных

покрытий показана на рис. 4.9 и 4.10.

Рис. 4.9. Зависимость динамического коэффициента от скорости автомобиля на покрытии

с неровной поверхностью (данные В.Ф. Бабкова)

Рис. 4.10. Зависимость динамического коэффициента (l

ст

) от скорости автомобиля по

дорогам с разными типами покрытия (данные В.Ф. Бабкова):

1 - асфальтобетонное покрытие; 2 - обработанное битумом щебеночное покрытие с

неровной поверхностью; 3 - щебеночное покрытие с выбоинами; 4 - булыжная мостовая

Опыты показывают, что на ровном покрытии, содержащем органическое

вяжущее, с повышением скорости автомобиля коэффициент динамичности

по деформации не возрастает, а убывает, так как существенно проявляются

реологические свойства покрытия и подстилающего грунта, вследствие чего

деформации в них не успевают полностью произойти из-за кратковременного

давления катящегося колеса при значительных скоростях. В этом случае

фактор времени (скорости приложения нагрузки) эквивалентен влиянию

уменьшения давления на одежду и грунтовое основание. Следует отметить,

что приведенные данные нуждаются в корректировке и уточнении в связи с

существенными изменениями систем подрессоривания и динамических

свойств автомобилей.

Наряду с вертикальными нагрузками на покрытие воздействуют

горизонтальные (тангенциальные) усилия. Они вызываются трением шины о

покрытие при передаче тягового усилия и торможении автомобиля, ударами

колес при наездах на неровности покрытия и трением о покрытие шины при

неподвижном автомобиле. Наибольшего значения горизонтальное усилие

max

достигает при резком торможении автомобиля и хорошем сцеплении

шины с покрытием. В этом случае

max

= р



т , где

(4.17)

m - коэффициент, учитывающий режим движения автомобиля (изменяется

от 1,1 до 1,4).

Напряжения в дорожной конструкции, обусловленные действием касательных усилий на

покрытие, сравнительно быстро затухают по мере удаления от поверхности в глубину и

наиболее опасны в пределах верхних слоев. Поэтому касательные усилия учитывают

лишь при оценке прочности и сдвигоустойчивости самого покрытия.

Расчет дорожных одежд на перегонных участках ведут на

кратковременное (динамическое) и многократное действие подвижной

нагрузки. Продолжительность действия нагрузки для средних условий

современных скоростей автомобиля и размеров отпечатка колеса принимают

равной 0,1 с. В этом случае значения модуля упругости и прочностных

характеристик материалов и грунта также соответствуют длительности

действия нагрузки 0,1 с.

На пересечениях в одном уровне с автомобильными и железными

дорогами и на автобусных остановках расчет дорожной одежды

осуществляют как на кратковременное многократное, так и длительное

(статическое) однократное нагружение. На стоянках дорожную одежду

рассчитывают на длительное однократное нагружение.

В случае длительного действия нагрузки в расчет принимают значения

модулей упругости материалов и грунтов и их прочностные характеристики,

соответствующие продолжительности нагружения более 10 мин.

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки в точке на

поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле

[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

(4.18)

или по формуле:

[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

(4.19)

noл

- коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение

движения по ним, определяемый по табл. 4.6;

п - число марок автомобилей;

- суточная интенсивность движения автомобилей m-й марки в первый

год службы (в обоих направлениях), авт./сут;

- приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт./сут;

mсум

- суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную

одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Q

расч

[72];

- коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного

движения от среднего ожидаемого (табл. 4.7);

рдг

- расчетное число расчетных дней в году, соответствующих

определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое по

табл. 4.8);

Таблица 4.6

Число полос движения

Значение коэффициента f

noл

для полосы с номером от обочины

1 2 3

1 1,00 - -

2 0,55 - -

3 0,50 0,50 -

4 0,35 0,20 -

6 0,30 0,20 0,05

П р и м е ч а н и е . Порядковый номер полосы считается справа по ходу движения в одном направлении. Для

расчета обочин принимают f

noл

= 0,01.

Таблица 4.7

Тип дорожной одежды

Значение коэффициента k

при различных категориях дорог

I II III IV V

Капитальный 1,49 1,49 1,38 1,31 -

Облегченный - 1,47 1.32 1.26 1,06

Переходный - - 1,19 1,16 1,04

Таблица 4.8

Рекомендуемые значения Т

рдг

в зависимости от местоположения дороги

Номера

районов

на

Примерные географические границы районов

Рекомендуемое количество

расчетных дней в году

(Т

рдг

)

1 2 3

1 Зона распространения вечномерзлых грунтов севернее семидесятой

параллели

2 Севернее линии, соединяющей Онегу - Архангельск - Мезень -

Нарьян-Мар - шестидесятый меридиан - до побережья Европейской

части

145

3 Севернее линии, соединяющей Минск - Смоленск - Калугу - Рязань -

Саранск - сорок восьмой меридиан - до линии, соединяющей Онегу -

Архангельск - Метень - Нарьян-Мар

125

4 Севернее линии, соединяющей Львов - Киев - Белгород - Воронеж -

Саратов - Самару-Оренбург - шестидесятый меридиан - до линии

районов 2 и 3

135

5 Севернее линии, соединяющей Ростов-на-Дону – Элисту - Астрахань

- до линии Львов - Киев - Белгород - Воронеж - Саратов - Самара

145

6 Южнее линии Ростов-на-Дону - Элиста - Астрахань для Европейской

части, южнее сорок шестой параллели для остальных территорий

205

7 Восточная и Западная Сибирь, Дальний Восток (кроме Хабаровского

и Приморского краев. Камчатской области), ограниченные с севера

семидесятой параллелью, с юга сорок шестой параллелью

130-150 (меньшие значения

для центральной части)

8 Хабаровский и Приморский края. Камчатская область 140

П р и м е ч а н и я : 1. Расчетным считается день, в течение которого сочетание состояния грунта земляного

полотна по влажности и температуре асфальтобетонных слоев конструкции обеспечивают возможность

накопления остаточной деформации в грунте земляного полотна или малосвязных слоях дорожной одежды.

2. Значения величины Т

рдг

на границах районов следует принимать по наибольшему из значений.

- коэффициент суммирования (табл. 4.9) определяют по формуле:

[где

(4.20)

сл

- расчетный срок службы. При отсутствии региональных норм

расчетный срок службы дорожной одежды допускается назначить в

соответствии с рекомендациями табл. 4.10;

q - показатель изменения интенсивности движения данного типа

автомобиля по годам.

Таблица 4.9

Показатель изменения интенсивности движения по

годам, q

Значение К

при сроке службы дорожной одежды Т

сл

, в

годах

8 10 15 20

0,90 5,7 6,5 7,9 8,8

0,92 6,1 7,1 8,9 10,1

0,94 6,5 7,7 10,0 11,8

0,96 7,0 8,4 П,4 13,9

0,98 7,5 9,1 13,1 16,6

1,00 8,0 10,0 15,0 20,0

1,02 8,6 10,9 17,2 24,4

1,04 9,2 12,0 20,0 29,8

1,06 9,9 13,2 23,2 36,0

1,08 10,6 14,5 27,2 45,8

1,10 11,4 15,9 31,7 67,3

Таблица 4.10

Рекомендуемый расчетный срок службы конструкции

Категория дороги

Тип дорожной

одежды

Срок службы в дорожно-климатических зонах Т

сл

, лет

I, II III IV, V

I Капитальный 14-15-18 15-19 16-20

II Капитальный 11-15 12-16 13-16

III

Капитальный 11-15 12-16 13-16

Облегченный 10-13 11-14 12-15

Капитальный 11-15 12-16 13-16

Облегченный 8-10 9-11 10-12

Переходный 3-8 3-9 3-9

4.3. Влияние климата и погоды на состояние дорог и условия движения

автомобилей

Климат и погода - составные части природных факторов, которые

существенно влияют на транспортно-эксплуатационные характеристики

дорог, на режим и безопасность движения, т.е. на условия движения по

дороге и режим ее функционирования [10, 12].

Условия движения - та реальная обстановка на дороге, в которой

осуществляется движение автомобиля, включающая в себя дорожные

условия, транспортный поток и состояние окружающей среды, под которой

подразумевают погодно-климатические условия. Погодно-климатические

условия существенно влияют на состояние поверхности дороги, по которой

движется автомобиль, которую видит и воспринимает водитель при выборе

режима движения. При анализе этого влияния различают следующие понятия

и определения.

Погода, погодные условия, условия погоды и метеорологические

условия используются как синонимы и означают состояние атмосферы,

которое характеризуется совокупностью значений метеорологических

явлений, факторов или элементов в данном месте, в данный момент.

Климатические или метеорологические явления, элементы (факторы)

- это отдельные характеристики состояния атмосферы, которые наблюдаются

на метеостанциях (атмосферное давление, температура, влажность воздуха,

ветер, осадки, туман, метель и т.д.).

Каждый метеорологический фактор характеризуется вероятностью

появления (повторяемостью), продолжительностью действия и

последействия, интенсивностью. Данные о вероятности появления,

продолжительности действия и интенсивности приведены в климатических

справочниках или могут быть получены на ближайшей к дороге

метеостанции.

Продолжительность последействия. Время с момента прекращения

данного метеорологического явления до прекращения действия его

последствий на состояние дорог и условия движения (например, время

просыхания поверхности дороги после прекращения дождя) может быть

получено только путем наблюдений в различные периоды года.

Климат (климатические условия) - статистический режим условий погоды

за длительный период времени (от одного года до многих десятилетий), т.е.

это закономерная последовательность атмосферных процессов в данной

местности, обусловливающая характерный для этой местности режим

погоды. Микроклимат - климат небольшой территории, возникающий под

влиянием различий рельефа, растительности, состояния почвы, наличия

водоемов, застройки и т.д. Воздействие метеорологических факторов на

условия движения передается через состояние поверхности дороги,

взаимодействие автомобиля с дорогой и восприятие условий движения

водителем. Состояние поверхности дорог оценивается качественными

характеристиками: сухое, влажное, мокрое (чистое и загрязненное),

заснеженное (покрытие с рыхлым снегом или уплотненным слоем снега -

снежный накат), гололед и т.д.

Условия движения в период действия неблагоприятных

метеорологических явлений значительно сложнее, чем при сухом, чистом

покрытии и обочинах. Различия определяются рядом факторов, основными

из которых являются:

снижение сцепных качеств покрытия, изменение взаимодействия

автомобиля с дорогой, ухудшение ровности покрытия под влиянием осадков,

гололеда, тумана, повышенной влажности воздуха и других факторов;

увеличение сопротивления движению из-за отложений снега, грязи,

гололеда, неровностей на дороге, в результате чего снижается свободная

мощность двигателя автомобиля;

изменение очертания и внешнего вида проезжей части и обочин,

параметров поперечного профиля из-за снежных отложений и образования

полос наката, что приводит к изменению восприятия дороги водителем;

уменьшение метеорологической видимости в период туманов, осадков,

пурги, пыльных бурь, слепящего действия солнца, изменяющих восприятие

условий движения водителем;

ухудшение эксплуатационно-технических качеств автомобиля, прежде

всего систем, обеспечивающих удобство и безопасность движения, к

которым относятся тормоза, рулевое управление, обзорность, видимость,

сигнальная система.

Степень влияния метеорологических явлений на режим и безопасность

зависит от интенсивности метеорологического явления и скорости движения

автомобиля (табл. 4.11).

Таблица 4.11

Метеорологические факторы и условия движения на автомобильных дорогах

Метеорологические

факторы

Скорость

движения,

рс

Степень опасности

метеорологических

условий

Интенсивность метеорологических факторов

различной степени опасности для расчетных

скоростей, км/ч

150 120 100 80 60

1,0-0,75 МО 0-3 0-3 0-3 0-3 0-3

Метель, м/с 0,75-0,5 О 3-9 3-9 3-9 3-9 3-9

<5 ОО >9 >9 >9 >9 >9

1,0-0,75 МО - - - - -

Гололед 0,75-0,5 О - 0,2-0,4 0,15-0,35 0,20-0,30 0,20

<5 ОО <0,3 <0,2 <0,15 <0,15 <0,15

Осадки:

1,0-0,75 МО - - - - <0,2

дождь, мм/мин 0,75-0,5 О <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 0,2-1,2

<5 ОО >0,2 >0,2 >0,2 >0,2 >1,2

1,0-0,75 МО - - <0,1 <1,5 <1,5

снегопад, мм/ч 0,75-0,5 О <0,1 <0,1 0,1-1,0 0,15-1,5 1,5-2,5

<5 ОО >0,1 >0,1 >1,0 >1,5 >2,5

1,0-0,75 МО >350 >500 >250 >200 > too

Туман, видимость, м 0,75-0,5 О 170-350 200-500 150-250 100-200 70-100

<0,5 ОО < 170 <200 < 150 < 100 <70

1,0-0,75 МО <7 <10 <15 <20 <30

Ветер, м/с 0,75-0,5 О 7-12 10-20 15-20 20-30 30

<0,5 ОО >12 >20 >20 >30 >30

Температура воздуха,

С:

1,0-0,75 МО 0-30 0-30 0-30 0-30 0-30

положительная 0,75-0,5 О 30-40 30-40 30-40 30-40 30-40

<0,5 ОО >40 >40 >40 >40 >40

1,0-0,75 МО 10-30 10-30 10-30 10-30 10-30

отрицательная 0,75-0,5 О 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10

<0,5 ОО <40 <40 <40 <40 <40

Относительная

влажность воздуха, %

1,0-0,75 МО 50-90 50-90 50-90 50-90 90-100

0,75-0,5 О 90-100 90-100 90-100 90-100

П р и м е ч а н и е . О - опасные, ОО - особо опасные, МО - малоопасные.

Каждому периоду года соответствуют свои характерные условия погоды,

оказывающие существенное влияние на формирование состояния

поверхности дороги и условий движения. К зимнему относят период,

характеризующийся устойчивой средней суточной температурой воздуха

ниже 0 (рис. 4.11). В некоторых случаях под зимним подразумевают период с

начала образования устойчивого снежного покрова до момента его схода. На

большей части территории России зимний период самый длительный,

продолжительность его колеблется от 20 до 260 дней в году.

Рис. 4.11. Продолжительность характерных периодов года:

I - зимний период; II - осенний и весенний переходные периоды; III-летний период

Переходные периоды - весенний и осенний с неустойчивой погодой, при

которой наблюдаются осадки всех видов (твердые, жидкие и смешанные).

Весенним считается период со средней суточной температурой воздуха от 0

до +15°С. В целом этот период, отличающийся резкими переходами от

потепления к похолоданиям, длится от 30 до 60-80 сут.

Осенним принято считать период, характеризующийся понижением

температуры от +15°С до 0. Общее количество осадков осенью меньше, чем

летом, но продолжительность их выпадения значительно больше.

Длительность осеннего периода на территории страны колеблется в широких

пределах - от 70 до 120 сут.

Летний период ограничен датами перехода средней суточной температуры

через +15°С. Летом увеличивается количество осадков, но сокращается

продолжительность их выпадения.

Для большинства районов страны наиболее трудные условия движения

наблюдаются в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким

и сухим климатом - в летний период. Наиболее трудные периоды года и

должны быть приняты за расчетные при выборе методов и средств

обеспечения удобства и безопасности движения. Основные характеристики

погодно-климатических факторов по их влиянию на условия движения

приведены в табл. 4.12.

Таблица 4.12

Характеристики погодно-климатических факторов, влияющих на условия движения

Метеорологические

факторы

рс

Средняя

продолжительность, ч

Вероятность метеорологических факторов,

% по зонам

действия последействия IA IБ II III

Температура

положительная

1,0-0,75

- 28-36 60-65 64-70 72-78

0,75-0,5 6 - - - 0,1-0,3 5-6

<0,5 4 - - - 0,1-0,3 3-4

Температура

отрицательная

1,0-0,75 - - 27-33 34-40 30-35 14-18

0,75-0,5 12 - 15-18 0,4-0,6 0,2-0,4 -

<0,5 12 - 19-24 - - -

Относительная

влажность воздуха

1,0-0,75 - - 96-99 84-90 75-79 79-84

0,75-0,5 10 - 1-4 10-16 21-25 16-21

Дождь (жидкие +

смешанные)

<0,5 4,6

3-10

4-122

8-12 27-33 26-32 24-30

Ветер

1,0-0,75 - - 98-99 96-98 90-94 98-99

0,75-0,5 12 - 1-2 2-4 6-10 1-2

<0,5 - - 0,01-0,05 0,01-0,05 0,01-0,02 0,01-0,05

Туман

Снегопад

0,75-0,5 4,8 - 3,5-5,0 5-10 10-14 15-17

<0,5 8

6-10

10-200

16-21 17-25 9-14 5-9

Гололед <0,5 5

1-4

4-24

0-0,5 8-12 9-13 2-4

Метель

0,75-0,5 7,2

6-24

40-250

0,8-2,0 6-11 2-4 0,3-0,6

<0,5 7,2 0,1-0,3 1,5-3,1 3-6 0,05-0,15

П р и м е ч а н и я : 1. Длительность последствия на дорогах с высоким уровнем содержания. 2. То же, на

дорогах с допустимым уровнем содержания.

Каждому периоду года соответствуют свои наиболее характерные

состояния поверхности дороги, которые могут распространяться на полную

ширину проезжей части и обочин, охватывать большие протяжения дорог