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

Подождите немного. Документ загружается.

на основе решения (7.2), определяется зависимостью [17], согласующейся с

результатами полевых испытаний, проведённых в России и за рубежом:

где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.4)

- расчётный (межремонтный) срок службы дорожной одежды, запасы

прочности которой определены решением (7.1).

Формула (7.4) справедлива при величине выражения под логарифмом  5.

Модули упругости конструкции, соответствующие моменту образования

различных дефектов, могут быть определены (Апестин В.К. К вопросу

определения несущей способности дорожной одежды: Тезисы докладов

Республиканской н-т конференции «Проблемы дорожного строительства». -

Суздаль, 1996. - С. 76-77.) следующим эмпирическим выражением [17]:



·( E

- E

min

) + E

min

, МПа. [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.5)

Значения коэффициента



приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1



Вид дефекта Вероятность повреждения

1,0

Нет дефектов

0,9

Одиночные поперечные трещины 0

0,9

Отдельные поперечные трещины с расстоянием не менее 10 м 0,1·[r]

0,8

Редкие поперечные трещины с расстоянием от 5 до 10 м 0,3·[r]

0,5

Частые поперечные трещины с расстоянием от 1 до 5 м 0,7·[r]

0,2

Частые поперечные трещины с одиночными продольными по полосе наката 0,9·[r]

0 Сетка трещин [r]

П р и м е ч а н и е . Объём повреждения определяется по вероятности [r], соответствующей расчётному

уровню надёжности дорожной одежды.

В соответствии с [107]

где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.6)

А - эмпирический показатель, принимаемый для условий статического и

кратковременного нагружения дорожной одежды соответственно 125 и 145

МПа.

Оценку изменения состояния жёстких дорожных одежд с

цементобетонными покрытиями по критерию трещиностойкости в процессе

эксплуатации не выполняют в связи с трудоёмкостью определения

фактических суммарных напряжений в плитах покрытия от совместного

действия температуры и транспортной нагрузки. В производственных

условиях [95] ограничиваются сравнением фактической толщины покрытия

с требуемой по условиям движения Н

тр

. Дорожная одежда с

цементобетонным покрытием считается прочной, если обеспечивается

следующий коэффициент прочности:

[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.7)

7.2. Динамика изменения ровности дорожных покрытий в зависимости от

начальной ровности и грузонапряжённости

Ровность дорожных покрытий в соответствии с Техническими правилами

ремонта и содержания дорог [95] рассматривается как один из основных

транспортно-эксплуатационных показателей, определяющих технический

уровень и эксплуатационное состояние автомобильных дорог,

непосредственно влияющий на эффективность перевозок грузов и

пассажиров, удобство и безопасность дорожного движения.

Имеются два основных фактора, определяющих ровность дорожного

покрытия и динамику её изменения в процессе эксплуатации:

технология производства работ (с учётом качества производства работ и

используемых материалов) при строительстве и ремонте дорожной одежды и

земляного полотна, определяющие начальную ровность дорожного

покрытия;

воздействие движения и погодно-климатических факторов, вызывающих

естественные процессы образования микротрещин и накопления остаточных

деформаций в слоях дорожной одежды, проявляющихся в конечном итоге

развитием сквозных трещин на дорожном покрытии (см. рис. 7.4),

образованием просадок и колеи по мере снижения несущей способности

дорожных конструкций и достижения предельного состояния дорожной

одежды.

Комплексное влияние этих факторов на ровность дорожного покрытия

может учитываться эмпирическими зависимостями от прочности дорожных

конструкций типа [6]:

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.8)

и S

- прогнозируемое и начальное (после сдачи дороги в эксплуатацию)

значения ровности дорожного покрытия по толчкомеру, см/км;

а, b, с, d - эмпирические коэффициенты для дорожных одежд капитального

типа: а = 0,02; b = 0,7; с = 6,7·10

; d[ = -5,65;

п - количество расчётных дней в году, п = 365 дн.

- интенсивность движения в первый год службы, приведённая к

расчётной нагрузке;

q - показатель роста интенсивности движения во времени t;

min

- минимальный модуль упругости с заданной надёжностью при

односторонней доверительной вероятности, МПа:

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.9)

[- математическое ожидание модуля упругости;

- нормированное отклонение;



(t) - среднеквадратическое отклонение модуля упругости.

Имеется также решение, прогнозирующее состояние покрытия по ровности в зависимости

от изменения грузонапряжённости на автомобильной дороге (Слободчиков Ю.В.

Обоснование оценочных показателей выбора ремонтной стратегии автомобильных дорог

с дорожными одеждами нежесткого типа в изменяющихся условиях эксплуатации. - М.:

Информавтодор, 1994. - 189 с):

= ·Q



, где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.10)

 - эмпирический параметр, учитывающий региональные условия работы дороги

(Северный Казахстан). Для средних условий  = 23,5;



- параметр, характеризующий начальную ровность асфальтобетонного

покрытия по толчкомеру после проведения дорожных работ (



= 90 см/км);

- грузонапряжённость в млн. брутто тонн за t лет эксплуатации дороги:

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.11)

- среднегодовая суточная интенсивность движения в t-ом году, авт./сут;

- масса каждого из i-тых порожних автомобилей, т;

- номинальная грузоподъемность i-того автомобиля, т;





- коэффициенты использования пробега и грузоподъемности

автомобилей соответственно;



- количество типов автомобилей в составе транспортного потока;

- доля i-того автомобиля в составе транспортного потока.

Начальная ровность покрытий в приведённых зависимостях

непосредственно связана с используемой технологией и качеством

проведённых работ.

Более устойчивые корреляции имеют место, если динамику изменения

ровности оценивать по развивающимся в покрытии остаточным

деформациям и трещинам. Однако не все эти дефекты оказывают

существенное влияние на состояние покрытия по ровности (рис. 7.5).

Наиболее интенсивно изменение ровности покрытия происходит в местах

образования сетки трещин, характеризующихся минимальными

показателями прочности дорожной конструкции, где интенсивно протекают

процессы повреждения кромок трещин, взаимного смещения и просадки

частей покрытия при переходе системы в запредельное состояние.

Рис. 7.5. Влияние различных дефектов на изменение показателя ровности

асфальтобетонного покрытия (данные обследования 25-км участка дороги Москва -

Ярославль; оценка ровности выполнена с помощью автомобильной установки ПКРС-2):

1 - сетка трещин; 2 - сетка трещин, отремонтированная ямочным ремонтом; 3 - волна с

шагом 0,9-1,5 м вдоль дороги; 4 - просадки в разных местах покрытия

Показательно, что ямочным ремонтом, проводимом, как правило, в местах

развития сетки трещин, только частично удается улучшить состояние

покрытия по ровности. Развивающиеся в покрытии сквозные поперечные и

косые трещины не сказываются на динамике изменения ровности покрытия

(корреляции отсутствуют). Определённое влияние замечено только с начала

появления частых поперечных трещин при несвоевременном их содержании

(трещины открытые с рваными кромками).

В этих условиях для прогнозирования ровности покрытия по

развивающейся во времени сетки трещин используется решение, полученное

в результате совместного рассмотрения известной зависимости скорости

движения транспортного потока от ровности асфальтобетонного покрытия,

определённой в результате обобщения данных МАДИ (ГТУ) и Гипродорнии,

и зависимости скорости движения от степени деформирования покрытия

(Золотарь И.А., Некрасов В.К. и др. Повышение надёжности автомобильных

дорог. / Под ред. И.А. Золотаря. - М.: Транспорт, 1977. - 183 с):

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.12)



- показатель ровности покрытия по толчкомеру, см/км;



, а - эмпирические параметры, учитывающие влияние начальной

ровности покрытия на скорость движения транспортного потока (



= 86,14 и

а = 0,0125);



, b - эмпирические коэффициенты, влияющие соответственно на скорость

движения и динамику изменения ровности покрытия в зависимости от

вероятности повреждения покрытия r

(



= 0,123; b = 0,045).

Вероятность повреждения покрытия r

в любой рассматриваемый год

определяют с использованием распределений фактических обратимых

прогибов l

нежёстких дорожных одежд, полученных по результатам

полевых испытаний нагрузкой и представленных (рис. 7.6) в виде

кумулятивных кривых прогибов (Апестин В.К. Оптимизационная модель для

обоснования требований к прочности нежёстких дорожных одежд и норм

межремонтных сроков их службы. - тр. Гипродорнии, вып. 46. - М.: 1985. - С.

57 - 73):

= f(X

), где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.13)

- соотношение среднего и расчётного модуля упругости,

обеспечивающего работоспособность дорожной одежды на рассматриваемый

момент времени:

[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.14)

Рис. 7.6. Схема определения ежегодной вероятности повреждения покрытия r

;

1 - кривая распределения прогибов; 2 - кривая накопления; l

и E

- значения прогибов и

рассчитанных по их величине модулей упругости соответственно; l

и E

cpk

соответственно среднеарифметические значения прогиба и модуля упругости дорожной

конструкции;



- среднеквадратическое отклонение прогибов в распределении

Ежегодные расчётные модули упругости E

tpi

определяют по формуле (7.1)

при подстановке последовательно t = 1; 2; 3;... Т

лет и окончательно искомые

вероятности находят по кривой накопления (см. рис. 7.6).

Общий вид получаемой закономерности представлен на рис. 7.4 кривой

вероятности повреждения покрытия сеткой трещин.

Для технико-экономических расчётов и предварительных оценок

динамики изменения ровности при отсутствии результатов диагностики

используют обобщённую кривую распределения прогибов, установленную

поданным многолетних наблюдений за нежёсткими дорожными одеждами

разных конструкций и фактических сроков службы. Параметры этого

распределения [107] приведены в табл. 7.2.

По полученным значениям r

определяют соответствующее им состояние

дорожного покрытия по ровности 8, по формуле (7.12) или по табл. 7.3.

Таблица 7.2

0,490 0,365 0,255 0,180 0,140 0,100 0,075 0,055 0,040

1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1.45

П р и м е ч а н и е . Промежуточные значения определяют по интерполяции.

Таблица 7.3

0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05



, см/км 452 434 413 387 358 322 278 222 150

П р и м е ч а н и я : 1. Показатель ровности покрытия соответствует показаниям толчкомера ТХК-2,

установленного на автомобиле УАЗ-452. При использовании других марок автомобилей требуется

предварительная тарировка прибора. Промежуточные значения находят по интерполяции. 2. В случае если

диагностика автомобильной дороги выполнена с помощью автомобильной установки типа ПКРС-2,

соответствующее значение по ТХК определяют:

7.3. Шероховатость и сцепные качества дорожных покрытий

В дорожной практике показателем надежности контакта автомобильной

шины с дорожным покрытием служит величина сопротивления скольжению

автомобильной шины по поверхности проезжей части дороги, оцениваемая

значением коэффициента сцепления. Коэффициентом сцепления называют

отношение величины реактивной силы, действующей на колесо автомобиля в

плоскости его контакта с покрытием, к величине вертикальной нагрузки,

передаваемой колесом на покрытие. По физической сущности коэффициент

сцепления представляет собой коэффициент трения пары «резина протектора

автомобильной шины - покрытие проезжей части дороги». Сила трения

(реактивная сила) в контакте пары трения формируется двумя

составляющими: молекулярной (адгезионной) и деформационной. Первая

составляющая является результатом молекулярного взаимодействия

контактирующих материалов. Ее величина зависит от материала дорожного

покрытия (например, асфальтобетон или цементобетон) и

продолжительности контакта (т.е. скорости движения взаимодействующей

пары относительно одна другой). Вторая составляющая формируется в

результате затрат энергии на взаимную деформацию контактирующих тел

выступами неровностей, находящимися на их поверхности. На сухих

дорожных покрытиях сила трения в контакте шины формируется в основном

за счёт молекулярной составляющей. На покрытиях, имеющих на своей

поверхности пленку воды, автомобильного масла или топлива, пыли, сила

трения в основном формируется её деформационной составляющей.

Молекулярная составляющая появляется только после разрыва пленки

смазки неровностями на поверхности контактирующих тел и вступления их в

непосредственное соприкосновение.

На процессы, протекающие в зоне контакта шины с покрытием, и,

соответственно, на величину силы трения (реактивную силу) и величину

коэффициента сцепления оказывает влияние комплекс факторов: материал

дорожного покрытия, состав и свойства резины протектора автомобильной

шины, неровности на поверхности дорожного покрытия (шероховатость) и

беговой дорожки протектора шины, вертикальная нагрузка на колесо

автомобиля и скорость его движения, состояние покрытия дороги и др. (табл.

7.4). При этом неровности шероховатости поверхности дорожных покрытий

оказывают решающее влияние на силу трения в контакте автомобильных

шин при любых условиях движения автомобиля, даже (в определенной мере)

на заснеженных покрытиях дорог.

Таблица 7.4

Факторы Характер и причины изменения коэффициента сцепления

Тип покрытия и

продолжительность его

эксплуатации

С увеличением срока эксплуатации после постройки или ремонта

дорожной одежды коэффициент сцепления снижается из-за уменьшения

шероховатости. Коэффициент сцепления наиболее устойчив у

цементобетонных покрытий в сухом состоянии при продолжительности их

службы до 10- 12 лет, а у асфальтобетонных - 5-8 лет. При истирании (износе)

покрытия на 50-60 % коэффициент сцепления уменьшается на 30-40 %.

Брусчатка и булыжная мостовая полируются шинами автомобилей, из-за чего

коэффициент сцепления уменьшается

Шероховатость покрытия

и микрошероховатость его

каменного материала

Чем больше шероховатость, тем значительнее площадь контакта покрытия

с шиной и выше уровень зацепления, что обусловливает рост коэффициента

сцепления. Наибольшая высота выступов покрытия не должна превышать 5

мм. Большая шероховатость покрытия способствует снижению коэффициента

сцепления. При нормальной шероховатости покрытия шина сохраняет

контакт с проезжей частью и при дожде не образуется сплошного слоя воды,

снижающего сцепление шины и покрытия. Большое влияние оказывает на

коэффициент сцепления собственная шероховатость каменного материала

покрытия (микрошероховатость), предотвращающая возникновение

элементов жидкостного трения на поверхности выступов

микрошероховатости

Неровности на проезжей

части

Неровности на проезжей части увеличивают частоту приложения

вертикальной нагрузки. Коэффициент сцепления снижается из-за

изменяющихся условий в месте контакта шины с дорогой и из-за

подпрыгивания колес на неровностях

Влажность покрытия При дожде коэффициент сцепления уменьшается из-за того, что из влаги,

пыли, частиц резины, капель нефтепродуктов и т.п. образуется жидкая грязь,

по которой, как по смазке, проскальзывают колеса. Значение коэффициента

сцепления при этом почти вдвое меньше, чем при движении по сухому

покрытию. На влажных, но чистых покрытиях коэффициент сцепления

меньше, чем на сухих, но больше, чем на покрытиях с жидкой грязью

Избыток органического

вяжущего материала в

покрытиях

В жаркую погоду вяжущий материал выступает на поверхность покрытия

и приводит к уменьшению коэффициента сцепления

Замасливание проезжей

части

Замасливание дорожного покрытия нефтепродуктами значительно

снижает коэффициент сцепления как на сухих, так и на влажных покрытиях; в

середине полосы движения коэффициент сцепления почти на 30 % меньше,

чем у краев этой полосы

Обледенение проезжей

части

Коэффициент сцепления весьма мал; он несколько повышается при

понижении температуры воздуха до 0...- 15°С. Влияние скорости движения на

коэффициент сцепления в этих случаях незначительное

Вид качения колеса Наибольший коэффициент сцепления наблюдается при продольном

качении без бокового скольжения. При блокированном колесе (юзе)

коэффициент сцепления несколько снижается

Увеличение нагрузки на

колесо

На капитальных, облегчённых и переходных конструкциях дорожных

одежд при увеличении нагрузки на колесо коэффициент сцепления снижается.

Особенно это наблюдается при больших нагрузках

Скорость движения С увеличением скорости движения коэффициент сцепления снижается

Материал шины Шины из высокогистерезисных резин обеспечивают больший

коэффициент сцепления

Тип рисунка протектора

шин

На влажном покрытии шины с рисунком протектора, имеющим большую

расчлененность, обеспечивают более высокий коэффициент сцепления. Шины

с рисунком протектора повышенной проходимости на мягком снеге и

недостаточно уплотнённом грунте имеют больший коэффициент сцепления,

чем шины с дорожным рисунком

Износ шины При полном истирании рисунка протектора шины коэффициент сцепления

снижается на 35-45 %. Весьма значительно он уменьшается при движении на

влажных и грязных покрытиях (примерно еще на 20-25 %)

Повышение давления

воздуха в шинах

При увеличении давления воздуха в шинах коэффициент сцепления в

начале повышается, а затем начинает убывать

Повышение температуры

шины

С увеличением температуры шины коэффициент сцепления на

цементобетонном покрытии несколько уменьшается, а на асфальтобетонном -

улучшается. Коэффициент сцепления в этом случае увеличивается из-за

прилипания элементов протектора к поверхности покрытия. Если же материал

протектора имеет низкие антиизносные качества, то при интенсивном

торможении между шиной и дорожным покрытием появляется большое

количество резиновой пыли, что снижает коэффициент сцепления

Исследования сцепных свойств дорожных покрытий в России (СССР)

были начаты в тридцатые годы XX века. Одним из первых в России такое

исследование провел в МАДИ М.С. Замахаев (в 1939 г.). Значительное

развитие исследования сцепных качеств покрытий дорог получили в 60-80-е

г. XX века, в работах Э.Г. Подлиха, В.А. Астрова, М.А. Паршина, М.В.

Немчинова, Л.Г. Марьяхина, В.И. Жукова, B.C. Порожнякова, Ю.В.

Кузнецова. Взаимодействие автомобильной шины с поверхностью качения

рассмотрено в работах специалистов-шинников В.И. Кнороза, Е.В.

Кленникова, А.С. Литвинова, С.М. Цукерберга и др. Одновременно

значительные исследования в этой области проводились за рубежом. В

качестве примера можно назвать книгу «Mechanics of Pneumatic Tires» (1971,

1981), обобщающую результаты исследований сцепных свойств

автомобильных шин.

Анализ и обобщение исследований отечественной школы в области трения

(работ И.В. Крагельского, Г.М. Бартенева и их учеников), результатов

исследований специалистов-дорожников Л.Г. Марьяхина, В.М. Юмашева, а

также исследования проф. М.В. Немчинова позволили в 70-80-х г. XX века

обосновать требования к текстуре (шероховатости) поверхности дорожных

покрытий из условия обеспечения сцепных качеств дорожных покрытий,

установить закономерности ее изменения под воздействием колес

проходящих по дороге автомобилей в процессе службы дорожных покрытий,

нормировать высоту выступов и глубину впадин неровностей шероховатости

и с учётом этих факторов предложить метод расчёта параметров текстуры

дорожных покрытий [63]. Зависимость коэффициентов продольного и

поперечного сцепления от макрошероховатости покрытия дороги

представлена на рис. 7.7-7.9.

Рис. 7.7. Зависимость коэффициента продольного сцепления от макрошероховатости

асфальтобетонного покрытия при сухом (



) и мокром (



) его состоянии: шина 6,45-13Р с

новым рисунком протектора; скорость скольжения полностью блокированного колеса, км/

ч:

а - 40, б - 60, в - 80; температура воздуха +20...22С (М.В. Немчинов)

Рис. 7.8. Зависимость коэффициента поперечного сцепления от макрошероховатости

дорожного покрытия в диапазоне скорости от 48 до 120 км/ч:

1 - движение колеса с проскальзыванием; 2 - 100 %-ная блокировка колеса (Ю.В.

Кузнецов)

Рис. 7.9. Зависимость коэффициента продольного сцепления от макрошероховатости

поверхности асфальтобетонного покрытия зимой:

а - покрытие чистое (от снега), сухое; температура воздуха -14...-15C; б - покрытие чистое