8175

40

б) динамометрическими тележками

Коэффициент сцепления определяют по силе тяги, необходимой для протаскивания по покрытию резко заблокированного колеса с заданной скоростью движения.

Рmax /G

где: Рmax – сила сцепления шины тележки и покрытия при торможении;

G – вертикальная нагрузка, передаваемая колесом тележки на покрытие.

Для измерения продольного коэффициента сцепления, за базовую, принята установка Союздорнии ПКРС–2У (рисунок 27).

Рисунок 27 Схема прибора Союздорнии ПКРС-2У

1 – прицеп с измерительным колесом; 2 – датчик контроля ровности; 3 – датчик контроля сцепления; 4 – бак для воды; 5 –кнопка для подачи воды; 6 – регистрирующий прибор; 7 – педаль тормоза измерительного колеса.

Коэффициент сцепления измеряют в 3 этапа:

-визуальный осмотр дороги с целью определения границ однородных по состоянию участков и назначения мест проведения контроля;

-подготовка автомобиля и прибора к измерениям (проверка технического состояния автомобиля, подключение и опробование прибора);

-непосредственное проведение измерений. На каждом участке производят не менее 3 заездов при скорости 50±2 км/час, если разница в результатах превышает 0,05 проводят дополнительный заезд. Величину φ определяют как среднее арифметическое из трех или

пяти измерений.

Для измерения коэффициента поперечного сцепления применяют тележки (рисунок 28), которые воссоздают условия качения колеса при действии боковой силы и имитирующие занос автомобиля без торможения.

Рисунок 28 Схема динамометрических прицепов для измерения поперечного коэффициента сцепления

а – одноколесная тележка (МАДИ); б – двухколесная тележка (Франция)

в) портативный прибор ППК – МАДИ

Прибор переносной, ударного действия предназначен для измерения коэффициента сцепления (продольного и поперечного) в стесненных условиях ( в зоне перекрестков, пешеходных переходов, местах ДТП ) при строительстве, ремонте и эксплуатации автомобильных дорог (рису-

нок 29).

41

Рисунок 29 Конструктивная схема прибора ППК –МАДИ

1 имитаторы; 2 шарниры; 3 толкающие штанги; 4 подвижная муфта; 5 опорная штанга; 6 сбрасывающее устройство; 7 подвижный груз; 8 пружинная шайба; 9 стягивающие пружины; 10 регулировочные винты; 11 шкала; 12 центральная пружина

Принцип действия основан на оценке потерь кинетической энергии при имитации процесс скольжения заблокированного колеса по дорожному покрытию в нормированных условиях их взаимодействия: нагрузка на колесо (2942±49) Н, скорости движения (50±2) км/час, шина с гладким рисунком протектора размером 6,45×13 мм, внутреннее давление воздуха в шине (0,17±0,01) Мпа.

Измерения выполняют при положительных температурах воздуха на заранее увлажненном покрытии (толщина пленки воды 1 мм).

42

7.2.6 Прочность дорожных одежд

Методы измерения прочности дорожных одежд можно классифицировать:

-по условиям передачи нагрузок через измеряемое устройство: статические и динамические;

-по условиям измерения прочности: дискретные с записью результата в одной точке и непрерывные с записью результата при автоматическом режиме.

а) приборы динамического нагружения

При линейных испытаниях дорожных одежд на прочность применяют высокопроизводительные установки динамического нагружения, имеющие следующие принципиальные схемы (рисунок 30):

Рисунок 30 Принципиальная схема установок динамического нагружения а – установка с жестким штампом; б – установка с гибким штампом

Принцип действия основан на сбрасывании с фиксированной высоты на амортизационное устройство груза (М=100±5 кг), создающего кратковременное (0,2 0,4 с) динамическое нагружение близкое по значению к нагрузке от движущегося колеса. Фиксация величины упругой вертикальной деформации производится специальными датчиками (тензометр, светофотодиоды и т. д.). По величине деформации вычисляют динамический модуль упругости:

ЕД РД /λ Д

где: РД – давление воспринимаемое поверхностью одежды от динамического нагружения; λД – относительная деформация дорожной конструкции, полученная при испытании.

Для контроля прочности дорожных одежд наибольшее применение получили следующие установки динамического нагружения (см. рисунок 31):

-установка с жестким штампом УДН с подъемом груза ручной лебедкой и записью результата в конкретной точке. Передаваемая на штамп нагрузка 50 кН, производительность 1,5-3,0 км/час;

-установка с жестким штампом ДИНА–3М предназначенная для измерения прогиба в конкретной точке и оснащенная: пультом управления, автоматизированным подхватом груза после отскока, электронным устройством с цифровой индикацией. Передаваемая нагрузка на штамп 50 кН, производительность 3,0-4,0 км/час;

-установка непрерывного контроля прочности с гибким штампом УДН–НК. Передаваемая на штамп нагрузка 50 кН, производительность 9,0 – 10,0 км/час.

Рисунок 31 Схемы установок динамического нагружения а) установка УДН–НК; б) Установка УДН; в) установка ДИНА–М

43

б) приборы статического нагружения

При проведении нелинейных измерений прочности дорожных одежд применяют следующие приборы статического действия (рисунок 32):

Рисунок 32 Схема приборов статического нагружения а – равнобазовый МАДИ–ЦНИЛ; б – длиннобазовый рычажного типа КП-204

Прогиб измеряют на полосе наката проезжей части по центру между скатами сдвоенного колеса автомобиля в следующей последовательности:

-визуальный осмотр дороги с целью определения границ однородных по состоянию участков и назначения мест проведения контроля;

-прибор устанавливают в рабочее положение на ненагруженную точку и записывают начальное показание индикатора;

-автомобиль с известной нагрузкой на заднюю ось медленно наезжает на тоску и по истечении 5 мин (после полного прекращения деформации);

-после этого автомобиль отъезжает от испытуемой точки на определенное расстояние (рисунок 33) при измерении равнобазовым прогибомером, или на расстояние 15-20 м при измерении длиннобазовым прогибомером и по истечении 5 мин снимаются отсчеты;

-обработка результатов измерений и расчет статического модуля упругости.

Рисунок 33 Схема измерений

7.2.7 Ровность дорожных покрытий

По принципу действия различают приборы (рисунок 34):

а) Регистрирующие геометрические параметры неровностей (рейки, профилометры, ниве-

лиры и т.д.);

Складная трехметровая универсальная рейка “Кондор–3М”. Применяется для выборочного контроля ровности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог. Ровность оценивают по величине просвета между поверхностью и нижней кромкой рейки, уложенной на проезжую часть. Измерения проводят в трех створах на пикет. В каждом створе в трех точках: на оси дороги и на расстоянии 1 м от кромок. Величину просвета определяют в 5-ти контрольных точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от концов рейки и друг от друга.

Более производительны передвижные многоопорные рейки Многоопорная передвижная рейка состоит из составной рамы, смонтированной на 12 опор-

ных колесах диаметром 150 мм со сплошными резиновыми шинами. Общий габарит рейки 3300 365 200 мм, общий вес 27кг. Перемещения измерительного колеса передаются на стержень, а затем через систему блоков на стрелку и подвижную иглу. Запись показаний производится на бумажный носитель расположенный в корпусе рейки.

Для выявления единичных неровностей на поверхности оснований и покрытий рейку перемещают за рукоятку со скоростью 3 4 км/ч. В этом случае делают 2 3 проезда и с помощью индикатора (шкалы со стрелкой) фиксируют места с максимальными значениями показаний.

44

б) Импульсного действия, измеряющие колебания или перемещения отдельных элементов автомобиля (толчкомеры, акселерометры).

Приборы импульсного действия, определяют условную ровность поверхности, путем фиксации колебаний кузова автомобиля относительно заднего моста. Измерения выполняют на скорости 50±2 км/час за 2 проезда по одному следу. Если разница в показаниях превышает 25 см/км производят третий заезд по тем участкам, на которых сходимость результатов неудовлетворительная.

в) Инерционного действия, динамически преобразующие продольный профиль дороги (прицеп ПКРС–2У, динамический преобразователь продольного профиля).

Измерения проводятся на скорости 50±2 км/час в трех режимах:

-режим измерения среднего квадратичного отклонения показателя ровности, применяемый на участках значительного протяжения;

-режим регистрации степени неровности показателя ровности, применяется для оценки ровности в пределах данного участка (километра);

-режим анализа отдельных неровностей, применяется при необходимости оценки параметров неровностей.

Рисунок 34 Схема приборов для контроля ровности покрытий

а) складная универсальная рейка “Кондор–3М; б) передвижная многоопорная рейка ПКР 4М; в) толчкомер ТКХ–2 конструкции Союздорнии; г) динамический преобразователь микропрофиля покрытия

7.2.8 Работоспособность и надежность автомобильных дорог

7.2.8.1 Работоспособность

Работоспособность – это свойство любого сооружения удовлетворять заданным эксплуатационным качествам.

Работоспособность автомобильной дороги – это свойство обеспечивать безопасное движение автомобилей заданной интенсивности с установленными нагрузками, скоростями и пропускной способностью.

Показателями работоспособности дороги считают систему следующих показателей:

Работоспособность может быть оценена сроком ее службы или числом пропущенных автомобилей за срок службы.

Р д N ср Tр

где: Nср – среднегодовая среднесуточная интенсивность движения, авт/сут. Тр – срок службы дороги до реконструкции, годы.

45

Если известна только начальная интенсивность, о рост ее во времени происходит по геометрической прогрессии, то работоспособность дороги определяется:

Рд 365 N1 1 q Tд 1 /q

где: N1 – среднесуточная интенсивность за первый год эксплуатации дороги, авт/сут.; (1+q) – знаменатель геометрической прогрессии;

q – коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения; Тд – срок службы дороги, годы.

Работоспособность дорожной одежды – это свойство обеспечивать безопасное движение автомобилей заданной интенсивности, с установленными скоростями и осевыми нагрузками. Одежда работоспособна, если она удовлетворяет следующим требованиям:

Ка [ Ка ].

Работоспособность дорожной одежды измеряется сроком ее службы или суммарной массой тонн брутто автомобилей, прошедших за срок службы:

Тдо

Рдо Qi

1

где: Qi – годовая грузонапряженность, вычисленная по средней интенсивности и составу движения за период Тдо, млн.брутто – тонн.

Qi М ф N m

где: Мф – фактическая масса единицы подвижного состава данного вида, брутто – тонн.

Мф Мб Мн Кгр М н

где: N – количество прошедших автомобилей данного вида; m – количество дней работы в году;

Мб – полная масса автомобилей с грузом, т; Мн – масса автомобиля без груза, т;

Кгр – коэффициент использования грузоподъемности; Тдо – межремонтный срок службы дорожной одежды, годы.

Если известна грузонапряженность в исходном году Q1, а показатель роста интенсивности движения соответствует геометрической прогрессии, работоспособность определяют:

Р до Q1 q Т до 1 / q 1

Работоспособность дорожного покрытия – это свойство покрытия обеспечивать безопасное движение автомобилей с заданными скоростями. Покрытие работоспособно, если выполняет-

и вычисляется аналогично работоспособности дорожной одежды.

7.2.8.2 Эксплуатационная надежность автомобильных дорог

Проблема надежности дорог в эксплуатации относится как к дороге в целом, так и к отдельным ее элементам. Следует отметить, что автомобильная дорога – представляет комплекс инженерных сооружений, которые в свою очередь характеризуются той или иной степенью надежности.

Необходимо выделить 10 групп элементов комплекса:

а) Земляное полотно; б) Дорожная одежда; в) Дорожное покрытие; г) Мосты; д) Водопропускные трубы; е) Обустройство дороги; ж) Специальные сооружения (тоннели, галереи, подпорные стенки); з) Сооружения транспортного обслуживания (АЗС, СТО); и) Здания и сооружения для обслуживания проезжающих (вокзалы, гостиницы, мотели, столовые); к) Геометрические элементы дороги.

Надежность автомобильной дороги слагается надежностью всех выше перечисленных групп и представляет из себя способность обеспечивать бесперебойное, круглосуточное, круглогодичное, безопасное и удобное движение автомобилей с установленными скоростями и нагрузками в течение всего срока службы.

46

Надежность тесно связана с понятием об отказах.

Частный отказ – движение по дороге возможно, но ограниченно по одному из показателей (скорости, интенсивности, составу транспортного потока).

Общий отказ – движение по дороге полностью прекращается.

В процессе службы дороги можно выделить три периода, характеризуемых определенными закономерностями возникновения отказов.

λо

Т

Рисунок 35 Зависимость интенсивности отказов от от срока службы дороги Т

В первый период происходит интенсивное формирование устойчивой коагуляционнокристализационной структуры слоев из материалов, обработанных органическим вяжущим, и плотной контактной структуры слоев зернистых материалов. В результате движения транспорта происходит доуплотнение слоев, отказы возникают несколько чаще.

Во втором периоде после стабилизации деформации число отказов уменьшается, наступает более или менее стационарный режим от = const.

В третьем периоде в результате старения материалов, износа покрытия, образования микротрещин в слоях дорожной одежды и других воздействий интенсивность отказов начинает возрастать.

Одной из важных характеристик для оценки надежности дорог является резервированность системы.

Система является не резервированной, если отказ одного из элементов данной системы приводит к отказу всей системы в целом.

Система считается резервированной, если отказ одного элемента системы приводит к снижению надежности всей системы в целом.

Эксплуатационная надежность определяется следующим образом:

не резервированная система

NN i

i1

резервированная системаn

N1 1 N i

i1n

где: Ni – надежность каждого элемента системы;

n – число дублирующих друг друга независимых элементов.

Надежность элементов каждой из 10 перечисленных групп определяется по зависимости:

где: Аi – количество элементов в группе;

Аiотк – количество элементов на которых наблюдались отказы в течении расчетного периода. Следует учесть, что отказы продолжительны во времени Т и кроме этого не все отказы сни-

жают скорость до 0 км/ч. Поэтому в надежность элемента дороги возможно определить через продолжительность отказа и скорость движения:

47

где: Vср – среднегодовая скорость движения транспорта, км/ч; Vотк – скорость движения в период действия отказа, км/ч;

tотк – продолжительность периода, в течении которого снижалась скорость движения, дни; Т – продолжительность периода, за который определяется надежность элемента системы.

7.2.8.3 Межремонтные сроки службы дорожных одежд и покрытий

Характерными показателями долговечности дорожной конструкции являются межремонтные сроки службы дорог, дорожных одежд и покрытий.

Срок службы дороги Тр – это период времени от момента сдачи дороги в эксплуатацию до ее реконструкции лил между реконструкциями.

Срок службы дорожной одежды Тдо – это период времени от момента сдачи дороги в эксплуатацию до капитального ремонта или между смежными капитальными ремонтами.

Срок службы покрытия Тп – это период времени от момента сдачи дороги в эксплуатацию до среднего ремонта или между смежными средними ремонтами.

Установление сроков проведения реконструкции, капитальных и средних ремонтов имеет огромное практическое значение. В настоящее время наиболее распространенными методами определения сроков службы дорожных одежд и покрытий являются: расчетно-вероятностный и теоретический методы. Одновременное развитие и совершенствование этих методов позволит решить одну из важнейших задач эксплуатации автомобильных дорог.

Расчетно-вероятностный метод

Воснове метода лежит статистическая обработка данных о сроках ремонта на обследуемых

дорогах за длительный период эксплуатации. Распределение фактических сроков службы описывается (с достаточной точностью) биноминальной кривой.

Т

Срок службы

Рисунок 36 Биноминальная кривая распределения

Число случаев m данной продолжительности межремонтного срока Тдо описывается уравнением:

где: m1 – число случаев со средним значением межремонтного срока службы;

Тср – среднее ( среднеарифметическое ) значение межремонтного срока службы; d – радиус асимметрии биноминальной кривой.

Расчетные значения межремонтных сроков службы дорожной одежды или покрытия (годы):

где: а0 – относительное отклонение ординаты от модального значения на кривой вероятности; Сv – коэффициент вариации ряда.

48

Для построения биноминальной кривой необходимо знать коэффициент ассиметрии.

Сs 2 Сv

В зависимости от категории дороги назначается вероятность повторения Р:

При известных значениях Р, Сs по математическим таблицам определяют значения а0, затем по зависимостям – расчетные межремонтные сроки.

Достоинства метода: -основывается на реальных данных о межремонтных сроках службы. Недостатки метода: - требует значительного объема исходной информации. Включает дан-

ные о ремонтах, и выполненных ранее требуемого срока, также и о ремонтах, не выполненных в требуемые сроки.

Теоретический метод

Воснову положена закономерность неизбежного понижения в процессе эксплуатации проч-

ности дорожной одежды в связи с воздействием автомобильных нагрузок, а также природных факторов. Критерием назначения ремонта служит такое состояние ДО и покрытия, при котором степень прочности достигает предельно допустимых значений.

Е

В приведенном методе наиболее сложна разработка зависимостей, описывающих динамику снижения фактической прочности во времени и динамику роста требуемого модуля упругости.

Требуемый модуль упругости на конец срока службы дорожной одежды определяется по формуле к.т.н. Апестина В.К.

где: А, В, параметры, характеризующие закономерности изменения требуемых модулей упругости от перспективной интенсивности движения.

коэффициент, учитывающий влияние погодно-климатических факторов на работоспособность дорожных одежд.

N1 – интенсивность движения расчетных нагрузок на полосу в первый год эксплуатации. Межремонтный срок для капитальных и облегченных дорожных одежд с монолитными по-

крытиями I-III и частично IV категории дорог, прочность которых рассчитана по сопротивлению растяжению при изгибе (формула Корсунского):

49

Межремонтный срок для облегченных и переходных дорожных одежд IV и V категорий дорог, прочность которых рассчитана по упругому прогибу:

где: Ки1, Ку1, Кит, Кут – коэффициенты запаса прочности одежды в первом и в последнем году службы перед капитальным ремонтом;

с=0,004 – коэффициент, учитывающий снижение прочности одежды, обусловленное старением органического вяжущего;

n = 0,16 – показатель, учитывающий усталостные явления в асфальтобетоне, при его многократном нагружении;

а – коэффициент, учитывающий число проходов транспортных средств по одному следу в зависимости от ширины проезжей части и числа полос движения (Инструкция ВСН 46-83);

N1 – интенсивность грузового движения в первом году службы, авт/сут;

t 1

5 коэффициент, учитывающий ухудшение состояния одежды (развитие дефор-

маций) в процессе длительной эксплуатации, способствующее усилению динамического воздействия транспортных средств;

q – показатель ежегодного роста интенсивности движения по геометрической прогрессии. Срок службы дорожного покрытия между средними ремонтами определяют исходя из не-

равномерного износа (истирания) покрытия и ухудшения его ровности под действием колес транспортных средств:

Тh 0 в N1 q T0 1

а1000 а q 1

где: N1 – интенсивность движения в год ввода дороги в эксплуатацию или после среднего ремонта;

[h0] –допустимый износ покрытия;

а – параметр, зависящий от погодоустойчивости покрытия и климатических условий; в – показатель, зависящий от качества материала покрытия (прочности), степени его увлажне-

ния, состава и скорости движения;

q = 1.03 q1 – коэффициент прироста интенсивности движения.

Формула действительна для достаточно прочных дорожных одежд (Кпр 0,95). Возможность точного определения межремонтных сроков службы необходимо при планировании видов и объемов ремонтных работ.