29

Трассу дороги следует проектировать как плавную линию в пространстве со взаимной увязкой элементов плана, продольного и поперечного профилей между собой и с окружающим ландшафтом, с оценкой их влияния на условия движения и зрительное восприятие дороги. Для обеспечения плавности дороги необходимо соблюдение принципов ландшафтного проектирования и использование рациональных сочетаний элементов плана и продольного профиля. Плавность дороги следует проверять расчетом через видимую кривизну ведущей линии и видимую ширину проезжей части в экстремальной точке в картинной плоскости. Для оценки зрительной ясности дороги рекомендуется построение перспективных изображений дороги. Для дорог I-а, I-б и II категорий не допускается сочетание продольных уклонов, кривых в плане и продольном профиле с такими величинами, при которых создается впечатление провалов.

Кривые в плане и продольном профиле, как правило, следует совмещать. При этом кривые в плане должны быть на 100…150 м длиннее кривых в продольном профиле, а смещение вершин кривых должно быть не более 1/4 длины меньшей из них. Следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом кривых в продольном профиле, расстояние между ними должно быть не менее 150 м. Если кривая в плане расположена в конце спуска длиной свыше 500 м и с уклоном более 30 ‰, радиус ее должен быть увеличен не менее чем в 1,5 раза по сравнению с величинами, приведенными в табл. 2.10, с совмещением кривой в плане и вогнутой кривой в продольном профиле в конце спуска.

Длину прямых вставок в плане следует ограничивать согласно табл. 2.15. Следует ограничивать также суммарную длину прямых, сопрягаемых короткой кривой в плане.

Примечание. Большие длины прямых вставок допустимы при преимущественно легковом движении, меньшие – при грузовом.

Радиусы смежных кривых в плане должны различаться не более чем в 1,3 раза. Параметры смежных переходных кривых при сопряжении кривых рекомендуется назначать одинаковыми.

При малых углах поворота дороги в плане рекомендуется применять радиусы круговых кривых, приведенные в табл. 2.16.

Не рекомендуется короткая прямая вставка между двумя кривыми в плане, направленными в одну сторону. При длине ее менее 100 м рекомендуется заменять обе кривые одной кривой большего радиуса, при длине 100…300 м

30

рекомендуется прямую вставку заменять переходной кривой большого параметра. Прямая вставка как самостоятельный элемент трассы допускается для дорог I-а, I-б и II категорий при ее длине более 700 м, для дорог III и IV категорий – более 300 м.

Таблица 2.16 Рекомендуемые радиусы кривых в плане при малых углах поворота

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.Установить, используя выданную карту, условия местности для обоснования норм проектирования дороги: основные, трудные, особо трудные.

2.Принять значение расчетной скорости движения.

3.В соответствии с районом расположения дороги (см. табл. 2.17) назначить дорожно-климатическую зону и подзону.

4. Выбрать основные нормы проектирования дороги и записать их в табл. 2.18.

32

Окончание табл. 2.18

5.Оформить отчет. В выводах отразить принятые нормы проектирования дороги.

33

ЗАДАНИЕ № 3

Обоснование минимально допустимого радиуса кривой в плане и параметра переходной кривой

Определение коэффициента поперечной силы

При движении транспортных средств по кривым в плане помимо продольных сил (движущие силы, тормозящая сила, силы сопротивления движению) на них действует поперечная сила Y (кН), которая направлена перпендикулярно направлению движения по радиусу траектории от центра кривой. Поперечная сила представляет собой равнодействующую двух сил: центробежной и составляющей силы тяжести транспортного средства, направленной вдоль поперечного уклона транспортного средства.

где Q – масса транспортного средства, т;

v – скорость движения, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

iП – поперечный уклон транспортного средства, который равен попереч-

ному уклону поверхности проезжей части на кривой (доли единицы), при уклоне поверхности проезжей части к центру кривой – положительный, при уклоне от центра кривой – отрицательный.

Помимо непосредственного опрокидывающего и сдвигающего действия, влияние поперечной силы проявляется также в изменении условии управления автомобилем вследствие перераспределения нагрузки между колесами и в ухудшении удобства для пассажиров, ощущающих боковой наклон. Поперечная сила вызывает угловую деформацию шин (боковой увод), которая отражается на управляемости автомобилем и сопряжена с увеличением износа шин и повышением расхода топлива, так как создает дополнительное сопротивление движению.

Согласно уравнению (3.1) поперечная сила зависит от массы транспортного средства Q , а следовательно ее величина будет своя для каждого транс-

портного средства, то есть Y не является универсальным показателем, по которому можно оценить влияние кривых в плане на условия и безопасность движения, так как в составе потока много групп транспортных средств с разными значениями Q . Если обе части уравнения (3.1) разделить на вес транспортного

средства gQ , то оно примет вид

34

Значение коэффициента поперечной силы не зависит от массы транспортного средства, а зависит только от дорожных факторов: скорости движения, радиуса кривой в плане и поперечного уклона поверхности проезжей части. Этот показатель удобен для оценки условий движения транспортных средств по кривым в плане, так как не связан с конкретным автомобилем, а отражает только дорожные условия.

Коэффициент поперечной силы μ нормируется исходя из ряда требований: устойчивость транспортных средств и грузов против опрокидывания; устойчивость транспортных средств против заноса; самочувствие пассажиров при проезде по кривым; допускаемое превышение расхода топлива и износа шин на кривых по сравнению с прямыми участками.

Устойчивость транспортного средства против опрокидывания обеспечи-

где b – ширина колеи транспортного средства (м), которая составляет: 1,2…1,6 м для легковых автомобилей и микроавтобусов, 1,7…2,1 м для автобусов, 1,6…2,16 м для грузовых автомобилей;

a – боковое смещение центра тяжести транспортного средства из-за деформации рессор (м), которое можно принимать приблизительно равным

0,2 м;

h – высота центра тяжести транспортного средства, м.

K

где K – коэффициент, равный для легковых автомобилей 1,8…2,5, для грузовых – 2…3, для автобусов – 1,7…2,2.

При проезде автомобилями криволинейных в плане участков дороги сцепление шин с покрытием должно обеспечить наряду с сопротивлением боковому смещению колеса также передачу тягового или тормозного усилия на покрытие.

Приложенные к ведущему колесу автомобиля поперечная сила Y и тяговое или тормозное усилие F создают в плоскости контакта колеса с покрытием суммарное сдвигающее усилие Fсд , направленное под углом к траектории дви-

жения. Для обеспечения устойчивости транспортного средства против заноса

где Gк – нагрузка от колеса на покрытие с учетом перераспределения нагрузки

под влиянием поперечного уклона и центробежной силы, а также временной разгрузки при движении по неровной поверхности, кН;

ϕ– расчетное значение коэффициента сцепления колеса с покрытием.

Всвязи с колебаниями автомобиля при движении по неровному покры-

35

тию в отдельные моменты (во время разжатия рессоры и разгрузки колеса) нагрузка от колеса на покрытие при качении может стать меньше его статической нагрузки, при этом значительно снижается сила сцепления шины с покрытием, препятствующая возникновению заноса. Чем более неровно покрытие, тем хуже условия устойчивости автомобиля. При движении автомобиля по кривой с большой скоростью в процессе подскакивания колес возникает их раскручивание, а при вхождении колес вновь в контакт с поверхностью дороги происходит их резкое пробуксовывание, которое может привести к заносу автомобиля. Однако в связи с невозможностью исчерпывающе учесть указанное обстоятельство его влияние компенсируют снижением расчетного значения коэффициента сцепления ϕ.

При действии на колесо поперечной силы Y превышение силой тяги значения Gкγ (γ – коэффициент тяговой или тормозной силы – часть общего ко-

эффициента сцепления ϕ расходуемая на создание тягового или тормозящего усилия) вызовет пробуксовывание менее нагруженного внутреннего заднего колеса. При развившемся буксовании в связи с возрастанием скорости вращения колеса коэффициент сцепления снизится, и создадутся условия для заноса автомобиля, поэтому предельное значение поперечной силы, воспринимаемой колесом без пробуксовывания, будет

Предельная возможная часть общего коэффициента сцепления шины с покрытием ϕпч , которая может быть использована для противодействия по-

перечной силе, составляет

Это уравнение показывает, что криволинейные участки на дороге ограничивают силу тяги, используемую для преодоления продольных уклонов или тормозящую силу.

При нормировании радиусов кривых на дороге приходится задаваться распределением значения общего коэффициента сцепления между его составляющими, используемыми для сопротивления заносу и обеспечения силы тяги или тормозящего усилия. При этом, чем большая часть общего коэффициента сцепления используется для преодоления продольного уклона или для торможения автомобиля, тем меньшая доля коэффициента сцепления шины с покрытием может противостоять поперечному смещению транспортного средства на кривой. Устройство на дорогах с высокими скоростями движения кривых малых радиусов ухудшает безопасность движения. Используемое при проезде автомобилями таких кривых повышенное значение коэффициента поперечной силы увеличивает опасность заноса в случае экстренного торможения и приводит к возрастанию длины тормозного пути.

Значение коэффициента сцепления ϕ при скорости движения v (км/ч) можно рассчитать по формуле

36

где ϕ0 – значение коэффициента сцепления при скорости движения до 20 км/ч; β – коэффициент снижения значения коэффициента сцепления в зависимости от скорости движения, (км/ч)-1.

Под действием поперечной силы пассажиры и водители ощущают во время проезда по кривым боковой наклон. Неудобство движения становится тем заметнее, чем больше поперечная сила. Начиная с некоторых значений коэффициента поперечной силы, возникает ощущение опасности опрокидывания автомобиля. Установлено, что при μ=0,1 пассажир, не глядящий на дорогу, не

замечает, что он едет по кривой, при μ=0,15 движение по кривой ощущается слабо, а при μ=0,2, ясно ощущая движение, пассажир уже испытывает легкое неудобство. При μ=0,3 въезд на кривую ощущается как толчок, наклоняющий пассажира или водителя вбок. Для водителей проезд по кривым связан с осложнением процесса управления автомобилем. При этом их нервноэмоциональная напряженность, всегда сопутствующая ведению автомобиля, оставаясь примерно такой же, как на прямых участках до значений μ=0,15, начинает быстро возрастать, при превышении коэффициентом поперечной силы значения 0,2. Таким образом, для обеспечения комфортности движения величина коэффициента поперечной силы не должна превышать 0,15.

Из трех значений коэффициента поперечной силы, определенных по условиям: устойчивости против опрокидывания, устойчивости против заноса и комфортности движения выбирается наименьшее.

Обоснование минимально допустимого радиуса кривой в плане

Взависимости от выбранного значения коэффициента поперечной силы

μдля известной расчетной скорости движения vР (м/с) можно рассчитать ми-

нимально допустимый радиус кривой в плане R (м)

При устройстве виража на кривой минимально допустимый радиус определяется по формуле

где iВ – поперечный уклон виража (доли единицы).

Безопасность движения по кривым в плане значительно ухудшается в темное время суток, когда свет фар освещает дорогу только на малом расстоянии перед автомобилем. Оптические устройства современных фар концентрируют лучи света в виде эллиптической фигуры, которая может быть охарактеризована углом раствора α (град.), стягивающим в пределах земляного полотна изолинию минимальной допустимой освещенности поверхности дороги, кото-

37

рая принимается равной 2 лк. Угол α можно принимать приблизительно равным 2 град.

Радиус R , при котором видимость дороги на кривой будет соответствовать расчетному значению расстояния видимости поверхности дороги SВ , мо-

жет быть найден по формуле

Минимально допустимое значение параметра переходной кривой определяется из условия ограничения нарастания центробежного ускорения, которое происходит при изменении радиуса траектории движения.

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.Рассчитать предельные значения коэффициента поперечной силы по условию устойчивости против опрокидывания для легковых автомобилей, автобусов и грузовых автомобилей. Результаты свести в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Матрица расчета коэффициента поперечной силы по условию

устойчивости транспортных средств опрокидыванию

38

2.Определить коэффициент поперечной силы по условию устойчивости против заноса. В расчетах принять расчетные значения коэффициентов: сцепления ϕ0 и β по табл. 3.2 для асфальтобетонного покрытия. Коэффициент тяговой

или тормозной силы γ следует принять для легковых автомобилей – 0,7ϕ , для автобусов и грузовых автомобилей – 0,8ϕ , для автопоездов – 0,9ϕ. Расчетную скорость движения для автопоездов принимать не более 80 км/ч. Результаты расчетов свести в табл. 3.3.

Расчетная скорость движения, км/ч

Коэффициент сцепления

Коэффициент тяговой или тормозной силы

Коэффициент поперечной силы

3.Из таблиц 3.1 и 3.3 выбрать минимальные значения коэффициента поперечной силы и сравнить их со значением коэффициента поперечной силы допустимым по условию обеспечения комфортности движения. Выбрать наименьшее значение коэффициента поперечной силы для каждой группы транспортных средств.

4.Рассчитать радиус кривой при наименьшем значении коэффициента поперечной силы для каждой группы транспортных средств. Результаты представить в форме табл. 3.4.

5.Рассчитать радиус кривой из условия обеспечения видимости поверхности дороги в темное время суток. Заполнить табл. 3.5. Выбрать минимально допустимый радиус кривой в плане.

6.Рассчитать минимально допустимый параметр переходной кривой. Результаты представить в форме табл. 3.6.

39

Таблица 3.4 Результаты расчета минимально допустимого радиуса кривой

Минимально допустимые радиусы кривых в плане

Критерий Радиус кривой, м

Коэффициент поперечной силы μ= ____ при

iП = ____

iВ = ____

Видимость поверхности дороги в темное время суток при

SВ = _____ м

Требование СНиП 2.05.02-85*

7.При принятых: радиусе кривой в плане и уклоне виража, определить по формуле (3.10) допустимые скорости движения транспортных средств по обледенелому покрытию. Значение μ определить по формуле (3.7). Принять зна-

чения ϕ – 0,02; 0,05; 0,1; β =0,0002. Вычислить значения ϕ0 . Результаты представить в табл. 3.7.

8.Оформить отчет. В выводах дать сравнительную оценку расчетных значений радиуса кривой и требуемого СНиП 2.05.02-85*, а также условий движения при нормальном и обледенелом состоянии покрытия.

40

41

ЗАДАНИЕ № 4

Обоснование максимально допустимого продольного уклона дороги

Силы, действующие на транспортное средство при движении

При движении транспортного средства по дороге на него действуют две группы сил: движущие силы и силы сопротивления движения. Эти силы можно разложить на оси координат. Система координат выбирается следующим образом: ось X направлена параллельно направлению движения, ось Y направлена перпендикулярно направлению движения и наклонена к уровенной поверхности под углом поперечного наклона транспортного средства, ось Z направлена перпендикулярно плоскости осей X и Y . Проекции сил, действующих на транспортное средство, на оси принятой системы координат имеют следующие названия: продольные силы – проекции на ось X ; поперечные силы – проекции сил на ось Y ; вертикальные силы – проекции на ось Z . Вертикальные силы вызывают напряжения в элементах ходовой части транспортного средства, колебания подрессоренных масс, определяют величину сил продольного и поперечного сцепления движителей с поверхностью дороги. Силы сцепления колес с поверхностью дороги обеспечивают реализацию транспортными средствами тяговых и тормозных усилий, управляемость автомобиля. Поперечные силы при определенных условиях могут вызвать потерю транспортным средством устойчивости, следствием чего являются заносы и опрокидывание. Движение транспортного средства происходит в результате взаимодействия продольных сил.

В группе продольных сил выделяются следующие силы: касательная сила тяги F (кН), которая является движущей силой при движении в режиме тягового усилия; силы сопротивления движению (кН): сопротивление качению PК ,

сопротивление воздушной среды PВ , сопротивление Pукл от продольного уклона дороги i , сопротивление от кривой Pкр , сопротивление троганию с места Pтр , тормозящая сила Pтор , сила инерции поступательно движущихся масс Pин.пост .

Уравнение связывающие перечисленные силы называется уравнением тягового баланса транспортного средства и имеет вид

Касательная сила тяги F возникает в зоне контакта ведущих колес транспортного средства с дорожным покрытием и составляет меньшее значение из двух: касательной силы тяги Fкас , которая создается на ободе ведущих колес

в результате приложения к ним крутящего момента, передаваемого через трансмиссию от двигателя; силы сцепления ведущих колес с покрытием дороги

Fсц , то есть F = min{Fкас; Fсц}.

42

где M – крутящий момент на маховике двигателя, кН м; iТ – передаточное число трансмиссии;

η – коэффициент полезного действия трансмиссии, принимаемый в зависимости от колесной формулы автомобиля или тягача (при колесной фор-

муле 4х2 η=0,9…0,92; 4х4 и 6х4 – η=0,85; 6х6 – η=0,8);

r – радиус качения ведущих колес, принимаемый 93…100 % от статического радиуса колеса (меньшие значения для грузовых автомобилей и автобусов, большие – для легковых), м;

Qтяг – масса автомобиля (для автопоезда – тягача), т;

a– ускорение транспортного средства, м/с2;

δ– коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс;

Qсц – доля массы транспортного средства, приходящаяся на ведущие оси,

т;

kсц – коэффициент, учитывающий долю массы транспортного средства

приходящуюся на ведущие оси; γ – коэффициент тяговой силы, равный (0,7…1)ϕ;

ϕ – коэффициент сцепления колеса с покрытием.

где iКП , iРК , iГП – соответственно передаточные числа коробки передач (КП),

раздаточной коробки (РК), главной передачи (ГП), если РК отсутствует, то iРК =1.

Крутящий момент на маховике двигателя M (кН м) является функцией частоты вращения коленчатого вала n (с–1) или (об./мин.) и определяется сле-

где Ne – максимальная мощность двигателя, кВт;

β – коэффициент, учитывающий отбор мощности на вспомогательные ну-

жды, равный 0,9…0,95;

γ Д – коэффициент использования мощности двигателя, равный 0,85…90, в режимах трогания с места и при разгоне можно принимать γ Д =1;

ne – частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности Ne , с–1;

a , b, c – коэффициенты, принимаемые в зависимости от марки двигателя, приближенно можно принять значения коэффициентов для карбюраторного двигателя соответственно: 1; 1; –1, для дизельного: 0,5; 1,5; – 1.

43

Значения M можно также снять с динамических характеристик двигателей, при их наличии. Значения Ne , ne , iКП , iРК , iГП , r , Qсц , Q принимаются по техническим характеристикам автомобилей, тягачей и прицепного состава.

Коэффициент сцепления ϕ рассчитывается в зависимости от скорости движения по формуле (3.8), а следовательно Fсц зависит от скорости движения

при v > 20 км/ч.

Сопротивление качению PК возникает в результате потери энергии на

α– угол наклона транспортного средства по направлению движения, град.

Вдорожных условиях угол α достаточно мал, а поэтому можно принять, что cosα ≈1 и формула (4.5) примет вид

Коэффициент сопротивления качению f зависит от многих факторов, но

ведущими являются: тип дорожного покрытия, состояние дорожного покрытия и скорость движения v . Для дорог с твердым покрытием значение f может

где f0 – коэффициент сопротивления качению при малых скоростях (до 20

км/ч), принимаемый по табл. 4.1;

K f – коэффициент, изменения сопротивления качению, равный для грузовых автомобилей и автобусов 0,00025, для легковых автомобилей 0,0002.

44

Для автопоездов значение сопротивления качению PК определенное по

формуле (4.6) следует увеличить в (1+0,05m) раз, где m – количество единиц прицепного состава в автопоезде.

Сопротивление воздушной среды PВ – величина переменная, но сопро-

тивление воздушной среды постоянно действует на дороге, так же как сопротивление качению PК . При скоростях до 40 км/ч значением PВ можно пренеб-

регать в тяговых и тормозных расчетах. В зависимости от скорости движения v (км/ч) PВ (кН) составит

где k – эмпирический коэффициент сопротивления воздушной среды (коэф-

ω – площадь лобовой проекции (парусности) транспортного средства, м2.

Таблица 4.2 Значения коэффициентов сопротивления воздушной среды k

Примечание. * – Значение для автопоезда с одной единицей прицепного состава, при большем количестве прицепов значение k увеличивается на (0,25…0,30) k (m −1), где m – количество единиц прицепного

состава в автопоезде.

где η – коэффициент, равный для легковых автомобилей 0,7…0,8, для грузовых автомобилей и автобусов – 0,9;

d , H – соответственно габаритная ширина и высота транспортного средства, м.

Сумма сопротивлений качению и воздушной среды Pосн

называется основным дорожным сопротивлением.

Сопротивление от продольного уклона i (доли единицы) пути Pукл представляет собой составляющую силы тяжести Qg транспортного средства, направленную по уклону и равную

Если транспортное средство преодолевает уклон (движется на подъем), то Pукл является наиболее весомым сопротивлением движению, а если транс-

портное средство движется на спуске, то Pукл является естественно движущей

силой – силой скатывания, которая способна разгонять его до значительных скоростей, в случае, когда Pукл превышает значение суммы всех действующих

по направлению движения сопротивлений.

Сопротивление движению транспортных средств от кривой в плане Pкр

складывается из следующих составляющих: дополнительное сопротивление, вызываемое боковым уводом колес; дополнительное сопротивление за счет несовпадения направления силы тяги и направления движения транспортного средства; дополнительное сопротивление движению транспортных средств по внутренней полосе движения за счет сокращения длины траектории; дополнительное сопротивление за счет косого уклона, образованного совпадением продольного уклона с поперечным уклоном. Сопротивление от кривой Pкр опреде-

ляется по формуле

где iЭ – эквивалентный уклон, учитывающий сопротивление от кривой, доли

единицы.

Влияние кривых малого радиуса, на которых Pкр значительно компенси-

руется снижением наибольшего продольного уклона на участках данных кривых на величину эквивалентного уклона iЭ , а поэтому при обосновании вели-

чины наибольшего продольного уклона дороги считается, что сопротивления от кривой и от уклона являются одним сопротивлением Pукл .

Сопротивление троганию с места Pтр действует только в начальный мо-

где fтр – коэффициент сопротивления троганию с места, равный 0,01…0,015

(меньшее значение для легковых автомобилей, большее – для автопоездов). Тормозная сила Pтор – искусственно создаваемое сопротивление движе-

нию в результате трения тормозных колодок о тормозной барабан, при этом линейная скорость на ободе колеса снижается и будет меньше скорости поступательного движения транспортного средства. Таким образом, тормозящиеся колеса транспортного средства пробуксовывают и создают сопротивление равное

46

где Qтор – доля массы транспортного средства, приходящаяся на тормозящиеся оси, т;

λ– коэффициент тормозной силы, равный (0,7…1)ϕ.

Усовременных автотранспортных средств, как правило, все оси тормозятся, а следовательно Qтор =Q . Если не все оси транспортного средства тормо-

зятся, то Qтор = kторQ , где kтор – коэффициент, учитывающий долю массы

транспортного средства, приходящуюся на тормозящиеся оси.

Торможение транспортного средства обеспечивается в результате трения колес о покрытие дороги в моменты пробуксовывания, а поэтому максимальное значение тормозной силы Pтор ограничено силой сцепления тормозящихся ко-

лес с покрытием дороги, то есть Pтор ≤Qторgϕ . Тормозная сила достигает своего

максимального значения при блокировке тормозящихся колес, когда движение происходит юзом, в этом случае Pтор =Qторgϕ.

Сила инерции Pин представляет собой сумму двух сил: силы инерции поступательно движущихся масс Pин. пост и силы инерции вращающихся масс

носительное ускорение транспортного средства, выражаемое в долях от ускорения свободного падения g . Сила инерции вращающихся масс автомобиля

где n0 – коэффициент, значение которого принимается для легковых автомо-

билей 0,03…0,05; для грузовых автомобилей и автобусов 0,05…0,07 (большие значения для более тяжелых автомобилей).

Сила инерции Pин автомобиля равна

Pин = Pин. пост + Pин. вращ = (1 +δ )Pин. пост =(1 +δ )Qa =(1 +δ )Qgj . (4.16)

Для автопоезда сила инерции вращающихся масс считается от силы инерции поступательно движущихся масс только тягача, а поэтому для автопоезда

где Qтяг , Qпр – соответственно масса тягача и прицепного состава

(Q =Qтяг +Qпр ), т.

Сила инерции Pин при разгоне транспортного средства создает сопротив-

ление движению, а при замедлении, например при торможении, сила инерции является естественно движущей силой.

47

Обоснование наибольшего подъема

Уравнение (4.1) является общим и позволяет в совокупности с формулами (4.2) – (4.17) получить математические модели движения транспортных средств в разных режимах. Трогание с места описывается уравнением вида

Уравнение (4.18) получено из уравнения (4.1), в котором принято, что Pтор = 0, значением PВ можно принебрегнуть в виду малой скорости, сопротив-

ление от кривой учитывается через эквивалентный уклон суммарно с сопротивлением от уклона, движение происходит на подъем. Из уравнения (4.18) можно получить зависимости для расчета предельного подъема iтр (доли единицы), на

котором возможно трогание с места

При расчетах по формуле (4.19) значение F определяется по формулам (4.2) для первой передачи КП, значения коэффициентов сцепления и сопротивления качению можно считать постоянными.

Движение транспортного средства в режиме тягового усилия описывается уравнением вида

Решение данного уравнения представляет определенную сложность в виду того, что практически невозможно смоделировать поведение водителя и точно оценить выбираемый им режим движения. Режим движения с тяговым усилием, при котором скорость v постоянна ( v =const) называется установившемся режимом движения. При таком режиме ускорение транспортного средства равно 0 ( a =0), а следовательно Pин = 0 и уравнение (4.20) упрощается

Полученное уравнение используется для определения значений предельных уклонов (подъемов), преодолеваемых транспортными средствами. Если принять, что скорость транспортного средства менее 20 км/ч, то сопротивлением воздушной среды PВ можно пренебречь, а сопротивление качению PК мож-

При расчетах по формуле (4.22) значение F определяется по формулам (4.2) для второй передачи КП, значения коэффициентов сцепления и сопротивления качению являются постоянными.

48

Установление безопасного спуска

Продольный уклон дороги является подъемом в одном направлении и спуском в обратном направлении, а значит, его величина не должна превышать величины безопасного спуска iсп . Безопасным спуском называется уклон, на

котором транспортное средство может остановиться на резервном расстоянии SР от препятствия, равном 5…10 м. Зная расчетное расстояние видимости по-

верхности дороги SВ (расстояние видимости для остановки), которое устанавливается в зависимости от расчетной скорости движения vР , можно найти предельно допускаемое значение тормозного пути Sтор (м)

где v0 – скорость движения транспортного средства в начальный момент тор-

можения, км/ч;

tпод – время подготовки к торможению (с), принимается равным 2 с. Величина тормозного пути Sтор может быть определена решением урав-

нения движения транспортного средства на спуске в режиме торможения, когда движущими силами являются составляющая силы тяжести направленная по уклону Pукл (сила скатывания) и сила инерции Pин , и специально создается допол-

нительное сопротивление движению в виде тормозящей силы Pтор

Для упрощения решения уравнения (4.24) пренебрегают значением PВ ,

коэффициенты сопротивления качению и сцепления считают постоянными и рассчитывают соответственно по формулам (4.7) и (3.8) при v = 0,5v0 . Условно

считается, что торможение происходит при полной блокировке тормозящихся колес, то есть Pтор =Qторgλ =Qkторgλ , а значит, сила инерции вращающихся

масс равна 0, то есть δ =0. Если уравнение (4.24) разделить на Qg и учесть выше сказанное, то можно получить уравнение вида

Уравнение (4.25) – дифференциальное уравнение движения транспортно-

го средства в режиме торможения, так как j = ag = 1g dvdt . Решение этого урав-

нения при условии, что в начальный момент торможения (t = 0) v = v0 (км/ч), дает возможность найти величину тормозного пути Sтор (м)

где KЭ – коэффициент эффективности торможения, учитывающий реальные

условия торможения и зависящий от состояния тормозной системы и коэффициента сцепления, принимаемый по табл. 4.3.

49

3. Для автопоездов значения KЭ следует принимать по параметрам тягача и увеличивать в 1,3…1,4 раза при любых значениях ϕ.

Если приравнять правые части формул (4.23) и (4.26), то можно найти величину безопасного спуска iсп (доли единицы)

При выполнении расчетов по формуле (4.27) следует принимать v0 = vР

(км/ч), все остальные параметры принимаются согласно рекомендаций к выра-

жениям (4.24) – (4.26).

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.Рассчитать значения касательной силы тяги на прямой передаче КП (iКП =1; iРК =1) для двух типов автотранспортных средств: легковой автомобиль, ав-

топоезд. Коэффициент использования мощности двигателя γ Д принять 0,9.

Марки транспортных средств принять по варианту (см. табл. 4.4), расчетные параметры транспортных средств представлены в табл. 4.5 – 4.9. Значениями частоты вращения коленчатого вала задаются: для дизельных двигателей в интервале от 900…1100 об./мин. до ne через 300…400 об./мин.; для карбю-

раторных двигателей легковых автомобилей – от 1600…1800 об./мин. до ne

через 750…1000 об./мин. 1 с–1 = 9,55 об./мин.

50

51

52

53

54

2.Вычислить значения касательной силы тяги на всех остальных передачах, путем умножения значения для прямой передачи на передаточное число КП для рассматриваемой передачи. Результаты представить в форме табл. 4.10.

3.Определить значения касательной силы тяги по сцеплению. Коэффициент сцепления принять по табл. 3.2, коэффициент тяговой силы принять: для автопоезда – 0,9ϕ; легкового автомобиля – 0,7ϕ.

4.Вычислить предельный подъем, на котором возможно трогание с места. Значение касательной силы тяги принять для первой передачи КП (при наличии

делителя или РК – на низшей передаче) с учетом ограничения по сцеплению. Ускорение принять: для автопоездов a =0,3 м/с2, для легковых автомобилей

a=0,5 м/с2.

5.Вычислить предельный подъем, который транспортное средство преодолевает на второй передаче КП (при наличии делителя или РК – на низшей передаче).

6.Определить безопасный спуск, расчетную скорость движения автопоезда принимать не более 80 км/ч. Результаты расчета уклонов представить в табл. 4.11. Коэффициент тормозной силы принять: для автопоезда – 0,9ϕ; легкового автомобиля – 0,9ϕ.

7.Для принятого максимального продольного уклона дороги обосновать минимально допустимое значение коэффициента сцепления с учетом запаса на обеспечение сопротивления заносу, используя формулы: (4.2), (4.19), (4.22), (4.27). Результаты представить в табл. 4.12.

55

Таблица 4.12 Допустимые значения коэффициента сцепления при продольном уклоне ___ ‰

8.Оформить отчет. В выводах дать сравнительную оценку расчетных значений продольного уклона дороги и требуемого СНиП 2.05.02-85*, а также отразить требования к сцепным качествам покрытия дороги при принятом уклоне.

56

ЗАДАНИЕ № 5

Определение скоростей движения транспортных средств

Определение предельного безвредного спуска и скорости движения в режиме торможения

В зависимости от дорожных условий, которые определяют величины действующих на транспортные средства сопротивлений, возможны два режима движения транспортных средств: режим тягового усилия, когда движение происходит за счет энергии вырабатываемой двигателем и режим торможения, когда движение происходит за счет естественно движущих сил (силы скатывания и силы инерции). При действии на транспортное средство естественно движущих сил, сумма которых вдоль направления движения превышает сумму сил сопротивления движению, не требуется создание тягового усилия на ведущих колесах, то есть передача энергии от двигателя и движение описывается уравнением вида

Из уравнения (5.1) следует, что при Pукл > PК + PВ транспортное средство

набирает скорость, причем без создания дополнительного сопротивления данный процесс не может регулироваться, а поэтому специально создается дополнительное сопротивление движению в виде тормозящей силы Pтор . В результа-

те действия тормозящей силы транспортное средство начинает терять скорость, но сила инерции при снижении скорости становится движущей силой и уравнение движения принимает вид (4.24).

Величина силы скатывания зависит от уклона (спуска), а следовательно существует спуск при котором происходит переход от режима тягового усилия к режиму торможения, данный переход имеет место при Pукл = PК + PВ .

Все спуски, на которых сопротивление движению превышает силу скатывания PК + PВ > Pукл , называются безвредными, а спуски, на которых сила ска-

тывания превышает сопротивление движению, называются вредными. Предельный безвредный спуск равен

Так как сопротивление воздушной среды величина не постоянная и зависящая от направления ветра, то предельный безвредный спуск из соображения обеспечения безопасности движения следует определять без учета сопротивления воздушной среды

На всех спусках, которые по абсолютной величине больше предельного безвредного спуска и меньше безопасного спуска (см. табл. 4.11) происходит

57

движение транспортных средств в режиме торможения и скорость движения в этом случае устанавливается водителем в зависимости от дорожной обстановки, а по условию обеспечения безопасного движения она не должна превышать расчетной скорости движения для дороги, устанавливаемой в зависимости от категории.

На всех спусках, которые по абсолютной величине больше безопасного спуска движение происходит в режиме торможения, но скорость движения ограничивается для обеспечения остановки на расчетном расстоянии от препятствия. Зависимость между значениями опасных спусков и допустимых скоростей движения на них выражается формулой (4.27).

Определение скорости движения в режиме тягового усилия

Движение в режиме тягового усилия происходит на подъемах и безвредных спусках. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (с–1) и передаточного числа трансмиссии iТ скорость движения транспортно-

рости движения транспортного средства v (км/ч) существует зависимость (см. формулы (4.2) и (4.4)), графическое выражение которой называется тяговой характеристикой автомобиля или тягача.. Сопротивление движению также зависит от скорости, а поэтому уравнение движения транспортного средства (4.21) с постоянной скоростью, которая больше 20 км/ч удобно решать графическим способом с использованием тяговых характеристик (рис. 5.1).

На рис. 5.1 показана тяговая характеристика седельного тягача КамАЗ5410 с нанесенными кривыми сопротивления движению автопоезда КамАЗ- 5410+ОдАЗ-9370 полной массой 26,1 т и линией ограничения касательной силы тяги по сцеплению. При помощи тяговой характеристики удобно решать задачи по определению параметров режимов движения, а также предельных сопротивлений преодолеваемых транспортными средствами на различных передачах КП.

На тяговую характеристику автомобиля или тягача накладывают линии

четной скорости движения vР ), а также кривые суммарного сопротивления движению Pсопр равного

Уклоны дороги i в формулу (5.5) подставляются в долях единицы, при скоростях 20…40 км/ч составляющую правой части 0,08kωv2 можно не учитывать.

59

Точки пересечения кривых касательной силы тяги Fкас в зоне ограничения по сцеплению Fкас ≤ Fсц с кривыми сопротивления движению показывают

скорость, на которой транспортное средство может преодолеть данный уклон. Вышеизложенную задачу также можно решить, используя зависимость динамического фактора D от скорости движения. Динамический фактор равен

С учетом формулы (5.6) Уравнение (4.20) можно привести к безразмерному виду

Аналогично тяговой характеристике строится графическая зависимость D = f (v), и на нее наносятся линии сопротивления движению ω = f +i .

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.Построить график зависимости предельного безвредного спуска от скорости движения.

2.Построить графики зависимости безопасного спуска от скорости движения. Значение коэффициента сцепления принять по табл. 3.2 и табл. 4.12.

3.Используя исходные данные и рекомендации по выполнению задания № 4

рассчитать значения скорости движения на прямой передаче КП (iКП =1; iРК =1) для двух типов автотранспортных средств: легковой автомобиль, автопоезд.

4.Вычислить значения скорости движения на всех остальных передачах, путем деления значения для прямой передачи на передаточное число КП для рассматриваемой передачи. Результаты представить в форме табл. 5.1.

5.Построить тяговые характеристики легкового автомобиля и тягача автопоезда.

6.Рассчитать и нанести на тяговые характеристики кривые сопротивления движению при уклонах (‰): –20; –10; 0; 10; 20; 30; 40; 50; 60. Габаритная ширина и высота транспортных средств приведены в табл. 5.2.

7.Установить передачи КП, на которых возможно движение при действующих сопротивлениях и ограничениях по сцеплению. Определить скорости движения. Результаты свести в табл. 5.3.

8.Оформить отчет. В выводах дать характеристику режимов движения транспортных средств.

60

61

Таблица 5.3 Скорости движения транспортных средств в различных дорожных условиях

62

ЗАДАНИЕ № 6

Трассирование дороги по карте.

Измерение расстояний между вершинами углов поворота. Определение величин углов поворота

Трассирование дороги

Трасса – сложная линия, закрепленная на местности или нанесенная на карту, план или аэрофотоснимки и определяющая в пространстве положение оси дороги. Трасса представляет собой ортогональную проекцию оси дороги на естественную поверхность земли. Трассирование – процесс проложения дороги на местности или по карте. Предварительное трассирование дороги производится по карте, плану или аэрофотоснимкам (камеральное трассирование), что позволяет выбрать направление с учетом особенностей рельефа местности, подобрать необходимые радиусы кривых. Трассирование на местности предполагает прокладку трассы дороги по материалам, полученным при камеральном трассировании с корректировкой параметров, которая обуславливается местными особенностями, не указанными на картах, планах или аэрофотоснимках.

При камеральном трассировании проводится карандашом линия, соединяющая по прямой опорные точки трассы: начало трассы (НТ) и конец трассы (КТ). Полученная линия называется – воздушная линия. Вблизи воздушной линии определяется расположение пониженных точек на водоразделах, устанавливаются наиболее удобные места перехода через реки, болота и т.п. Подобные точки, через которые заведомо целесообразно или необходимо проложить трассу, называются фиксированными. С учетом опорных и фиксированных точек определяются варианты направления проектируемой линии.

Рельеф местности обусловливает сложность проложения трассы. По трудности укладки трассу разделяют на участки: вольного хода, на которых естественные уклоны местности меньше наибольшего продольного уклона дороги; стесненного хода, где естественные уклоны местности больше принятой величины наибольшего продольного уклона дороги. Участки трассы вольного хода прокладывают по наикратчайшему направлению через фиксированные точки с обходом контурных препятствий небольшими углами поворота (до 20 град.) с таким расчетом, чтобы препятствие находилось с внутренней стороны кривых, разбиваемых на углах поворота.

На участках стесненного хода при особо сложном рельефе местности следует сделать несколько вариантов трассы и выбрать наилучший. При трассировании необходимо максимально использовать наибольший уклон трассирования, т.е. наибольший продольный уклон дороги. Для этого необходимо определить, какому заложению, то есть расстоянию на карте между двумя горизонталями, соответствует данный уклон трассирования iтр . При масштабе кар-

ты 1: М длина отрезка l (мм), размещаемого между горизонталями для обеспечения заданного уклона iтр (‰), равна

64

Населенные пункты надо обходить, приближаясь к ним не менее чем на 200 м. Следует так же обходить особо охраняемые территории, леса 1-ой группы, особо ценные сельскохозяйственные угодья, места расположения памятников природы, культуры, археологии.

Измерения трассы

Первоначально проложенная трасса дороги представляет собой ломаную линию, состоящую из отрезков длиной S(k −1)−k (м), индекс k означает номер

вершины угла поворота. Отрезков ровно на 1 больше, чем вершин углов поворота. Каждый такой отрезок имеет определенное направление (по отношению к сторонам света), которое определяется углом ориентирования. Различают следующие углы ориентирования: азимут A – угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления меридиана до заданного направления; румб r – угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана до заданного направления, который помимо величины характеризуется направлением. В зависимости от используемых при ориентировании меридианов углы ориентирования бывают: астрономический азимут Aист и астрономический румб

rист (отсчет ведется от астрономического или истинного меридиана); магнитный азимут Aмаг и магнитный румб rмаг (отсчет ведется от магнитного мери-

диана). Магнитный и астрономический азимуты связаны между собой зависимостью

где δ – склонение магнитной стрелки, град.

При проложении дорог на местности пользуются магнитными азимутами и румбами, которые измеряются при помощи прибора называемого буссоль.

На карте невозможно измерить магнитный или истинный азимуты, но легко при помощи обычного или геодезического транспортира измерить дирекционный угол α , который представляет собой угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления осевого меридиана или от северного направления вертикальных осей координатной (километровой) сетки до заданного направления. Угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана или вертикальных осей координатной сетки до заданного направления, называется румбом r . Дирекционный угол и астрономический азимут свя-

где γ – угол сближения меридианов, град.

Углы δ и γ определяются по схеме, приведенной в зарамочном оформ-

лении карты, если угол склонения магнитной стрелки или сближения меридианов восточный, то его значение положительное, а если западный, то его значение отрицательное.

Между румбами и азимутами или дирекционными углами существует строго определенная зависимость (см. рис. 6.1 и табл. 6.1).

66

Изменение направления трассы называется поворотом, а угол между продолжением k -го отрезка ломаной трассы и ( k +1)-ым отрезком называется углом поворота θ , узловые точки ломаной трассы называются вершинами углов поворота (ВУ), а расстояния (длины отрезков ломаной трассы) S(k −1)−k – рас-

стояниями между вершинами углов поворота.

Углы поворота и их вершины нумеруются арабскими числами по ходу направления трассы. В зависимости от направления углы поворота бывают правые (угол поворота «право») и левые (угол поворота «лево»), правые углы считаются положительными, а левые – отрицательными. Если дирекционный угол или азимут направления от НТ к вершине первого угла поворота (ВУ1) обозначить αНТ−1 , то дирекционный угол направления от ВУ1 к ВУ2 α1−2 будет

Дирекционный угол или азимут направления от вершины k -го угла поворота (ВУk ) к вершине ( k +1)-го (ВУ(k +1)) αk−(k+1) , а так же дирекционный

угол или азимут направления от вершины последнего n -го угла поворота (ВУn ) к КТ αn−КТ равны

где α(k−1)−k , α(n−1)−n – соответственно дирекционные углы или азимуты направ-

лений от ВУ(k −1) к ВУk и от ВУ(n −1) к ВУn , град.;

θk , θn – соответственно величины k -го и n -го углов поворота, град.;

n– количество углов поворота на трассе.

Впроцессе изыскания дороги или камерального трассирования измеряют магнитный азимут (на местности) или дирекционный угол (по карте) направления от НТ к ВУ1, а азимуты или дирекционные углы остальных направлений вычисляют по формулам (6.5) и (6.6), для контроля вычислений дополнительно измеряют азимут или дирекционный угол направления от ВУn к КТ.

Вполевых условиях углы поворота непосредственно не измеряют, а вычисляют в зависимости от внутренних углов ломаной трассы βk . Если измере-

ны внутренние углы βk , расположенные справа по направлению трассы (пра-

Ломаная трассы с измеряемыми параметрами и углами поворота показана на рис. 6.2.

При камеральном трассировании допускается непосредственное измерение углов поворота. Для этого продолжают первоначальное направление трас-

67

сы от вершины угла поворота, и полученный угол между продолжением первоначального направления и новым направлением измеряют геодезическим транспортиром.

Рис. 6.2 Схема измерений дорожной трассы и определения величин углов поворота

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.На карте соединить тонкой прямой линией опорные точки трассы НТ и КТ. Измерить длину полученной воздушной линии.

2.Используя рекомендации по трассированию дорог проложить в виде ломаных линий два варианта трассы между НТ и КТ. На рис. 6.3 показан пример нанесения вариантов трассы на карту.

3.У каждого варианта трассы обозначить ВУ, нумеруя их по направлению от НТ до КТ.

4.В ведомость прямых и кривых (составляется отдельно для каждого варианта трассы) записывают в первый столбец через строчку: НТ, ВУ1, ВУ2, …, ВУk , …, ВУn , КТ.

5.Измерить длины отрезков ломаной трассы (расстояния между вершинами) и записать их в соответствующий столбец ведомости в пустые строки между точками, ограничивающими данный отрезок.

6.Измерить углы поворота и записать их значения в соответствующие столбцы ведомости для углов «право» и «лево» в те же строки, где записаны номера вершин.

7.Измерить дирекционный угол направления от НТ на ВУ1 и записать его в соответствующий столбец ведомости в строку между НТ и ВУ1. Вычислить дирекционные углы оставшихся направлений трассы и записать их в ведомость.

69

8.Для контроля измерить дирекционный угол направления от ВУn на КТ и сравнить его с вычисленным значением. Если они отличаются более чем на 1 град. при измерении обычным транспортиром и более чем на 30 мин. при измерении геодезическим транспортиром, то необходимо заново выполнить измерения углов поворота и дирекционного угла направления от НТ на ВУ1, вычисление дирекционных углов и произвести проверку.

9.Определить румбы направлений и занести их в ведомость.

10.Оформить отчет. В выводах дать характеристику разработанных вариантов трассы: количество углов поворота, общее направление, длину, пересекаемые водотоки, болота, водоразделы.

70

ЗАДАНИЕ № 7

Проектирование плана трассы. Составление ведомости прямых и кривых. Определение отметок пикетов и плюсовых точек по карте

Проектирование плана трассы. Составление ведомости прямых и кривых

При движении транспортные средства не могут резко изменить направление движения, причем, чем выше скорость движения, тем сложнее изменить его направление, а поэтому для обеспечения удобного и безопасного движения транспортных средств на участках изменения направления устраивают кривые, которые обеспечивают постепенное изменение направления без снижения скорости или с незначительным снижением последней. Кривая вписывается во внутренний угол ломаной трассы смежный с углом поворота, таким образом, чтобы лучи, образующие данный угол были касательными к кривой (рис. 7.1). Точки, в которых кривая касается лучей внутреннего угла ломаной трассы, называются: начало кривой (НК) и конец кривой (КК), а расстояния от НК до ВУ от ВУ до КК называются тангенсами и обозначаются T1 , T2 (рис. 7.1).

Рис. 7.1 Вписывание кривых в ломаную дорожной трассы

Кривая дорожной трассы, может быть, простой в виде дуги окружности с радиусом R или сложной, образованной двумя переходными кривыми и дугой окружности с радиусом R , расположенной в середине кривой, которая называется основной кривой. Сложные кривые бывают симметричные и несимметричные. В качестве переходной кривой применяется дуга клотоиды длиной L , на протяжении которой радиус ρ постепенно уменьшается от ∞ в точке касания к прямому участку до радиуса основной кривой R в точке перехода от дуги клотоиды к дуге окружности.

Радиусы кривых должны назначаться в нормальных условиях не менее 3000 м. Если размещение кривой с радиусом 3000 м и более не возможно, то допускается применение радиусов величиной до 3000 м, но не менее указанных

71

в табл. 10 СНиП 2.05.02-85* и обоснованных в задании № 3. Во всех случаях следует назначить стандартные значения радиусов кривых (м): 5000; 4000; 3000; 2500; 2000; 1500; 1000; 800; 700; 600; 500; 400; 300; 250; 200; 150; 125; 100; 60; 30; 25; 20; 15.

При малых углах поворота (8 град. и менее) рекомендуется применение радиусов, указанных в п. 4.34 СНиП 2.05.02-85* или табл. 2.16..

Радиус кривой в плане обосновывают исходя из возможности размещения смежных кривых и устройства между ними прямой вставки, или переходных кривых, ограничения длин прямых вставок (см. п. 4.35 СНиП 2.05.02-85* или табл. 2.15). Следует учитывать, что пересечение существующих дорог, водотоков, лощин более рационально осуществлять прямыми участками (прямыми вставками). Зная расстояние между вершинами углов поворота S(k −1)−k , расстоя-

ния от вершин до пересекаемых объектов (дорог, водотоков) можно выбрать величину радиуса R = S /tg θ2 , где S – расстояние от ВУ до пересекаемого объ-

екта, если на участке между двумя ВУ нет объектов, которые следует пересечь прямой вставкой, то радиусы смежных кривых выбирают исходя из возможности размещения кривых и устройства между ними прямой вставки длиной C , в этом случае S(k−1)−k =C +Tk−1 +Tk , где Tk −1 , Tk – соответственно тангенсы круго-

вых кривых, устраиваемых в ВУ(k −1) и ВУk и определяемые по формуле

(7.1), м.

Простая кривая, представляющая собой дугу окружности с радиусом R , устраивается на автомобильных дорогах общего пользования при R > 2000 м, а на подъездных дорогах (внешних дорогах предприятий) при R > 400 м. Данная кривая показана на рис. 7.2. она характеризуется следующими параметрами:

а) тангенс T

СНиП 2.05.02-85* рекомендует на дорогах общего пользования при R равном 2000 м и менее, на подъездных дорогах к промышленным предприятиям при R равном 400 м и менее устраивать сложные кривые, которые состоят из двух переходных кривых – клотоид, примыкающих с двух сторон к круговой (основной) кривой, имеющей радиус R . На внутренних дорогах промышленных предприятий СНиП 2.05.07-91* рекомендует устраивать переходные кривые при R равном 250 м и менее. Если клотоиды имеют одинаковую длину L ,

72

то такая кривая называется симметричной (см. рис. 7.3). Длина клотоиды L назначается в соответствии с табл. 11 СНиП 2.05.02-85* (см. табл. 2.11) и табл. 54 СНиП 2.05.07-91*, она должна обеспечивать величину нарастания центробежного ускорения J не более допускаемой, то есть принимаемая длина клотоиды

где C = A2 = RL – параметр клотоиды, м.

Рис. 7.2 Простая кривая (дуга окружности)

73

Рис. 7.3 Сложная симметричная кривая (две клотоиды одинаковой длины и дуга окружности)

Каждая переходная кривая обеспечивает поворот на угол β (град.), рав-

75

Рис. 7.4 Сложная несимметричная кривая (две клотоиды разной длины и дуга окружности)

Трасса делится на участки длиной 100 м, которые называются пикетами и на участки длиной 1000 м, которые называются километры, десять пикетов образуют километр. Положение точек трассы определяют в пикетажном выражении вида ПК A + B , где A – номер пикета на котором расположена точка; B – расстояние от начала данного пикета до рассматриваемой точки, м. Положение точек трассы можно задавать в километровом выражении вида км C + D , где C

– километр на котором расположена точка; D – расстояние от начала данного километра до рассматриваемой точки, м. Пикеты и километры разбивают от НТ начиная с нулевого (ПК 0; км 0). После каждой вершины угла поворота откладывают величину домера, рассчитанную в зависимости от параметров кривой, вписываемой в данный угол, которая не учитывается при разбивке пикетов, то есть остаток длины пикета после ВУ откладывается больше своей длины на величину домера (например, если ВУ имеет пикетажное положение ПК 25+35,82,

76

то после ВУ до ПК 26 необходимо отложить расстояние, равное 100– 35,82=64,18 м, но так как после устройства кривой длина трассы сократится на Д , то требуется от ВУ отложить расстояние равное Д +64,18 ).

Положение НК и КК при разбивке кривой устанавливают путем отмера тангенсов от ВУ в соответствующую сторону: для установления НК к НТ, а КК

Пикетажное положение начала основной кривой (НОК) и конца основной

где НК1, НКk – соответственно пикетажные положения начала кривых 1-го и k -го углов поворота;

КК(k −1), ККn – соответственно пикетажные положения концов кривых (k −1)-го и n -го углов поворота.

Детальная разбивка кривых и вынос пикетов на кривые производятся от НК и КК, при этом удобно использовать способ прямоугольных координат. Начало координат совмещается с НК или КК, ось абсцисс направляется по тангенсу к ВУ, ось ординат перпендикулярно оси абсцисс в сторону центра кривой. Задаваясь текущей координатой положения точки на кривой s , которая представляет собой расстояние по кривой от НК или КК до рассматриваемой точки

78

79

81

1 – трасса; 2 – нижняя горизонталь; 3 – замкнутая горизонталь; 4 – внешняя горизонталь

а – метод интерполяции; б – метод экстраполяции Рис. 7.6 Схемы к определению отметок земли пикетов и плюсовых точек

При расположении пикета или плюсовой точки в пределах замкнутой или полузамкнутой горизонтали применяется метод экстраполяции (рис. 7.6б). В этом случае необходимо расстояние l измерить между основной (замкнутой) горизонталью и соседней (внешней), а расстояние a от пикета или плюсовой

82

точки до замкнутой или полузамкнутой горизонтали, а формула для расчета Н

где НЗГ , НВГ – соответственно отметки замкнутой и внешней горизонталей, м.

Ординаты точек линии земли d (мм) продольного профиля рассчитывают по формуле

где УГ – величина условного горизонта кратная 10, принимаемая с таким расчетом, чтобы значения d составляли 50…100 мм;

M В – знаменатель вертикального масштаба продольного профиля

( M В = 500 ).

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.Выбрать радиусы кривых для каждого варианта трассы и занести их в ведомости прямых и кривых.

2.Произвести расчет ведомостей прямых и кривых каждого варианта трассы. В каждом варианте трассы обязательно предусмотреть, одну несимметричную сложную кривую и одну симметричную, не зависимо от принятого значения минимального радиуса кривой в плане.

3.Выполнить проверку ведомостей прямых и кривых.

4.По данным ведомостей прямых и кривых и карте выполнить сравнение вариантов трассы и выбрать наилучший. Результаты представить в форме табл. 7.2.

5.На карте вычертить согласно образцу (см. рис. 7.5) принятый вариант трассы. На плане должны быть показаны: вершины углов поворота, пикеты, указатели километров, начало и конец кривых, длина и румбы прямых вставок. Следует обратить внимание на то, что тангенсы показываются пунктиром, а пикеты располагаются на кривых, а не на тангенсах.

Таблица 7.2

Сравнение вариантов трассы

83

Окончание табл. 7.2

Примечания: 1. В графы «Оценка по вариантам» ставят знак «+» для варианта имеющего преимущество по данному показателю и знак «–» для другого варианта, если показатели равноценны, то в графы ставят 0 каждому варианту.

2.По результатам сравнения выбирают вариант, у которого боль-

ше «+».

3.Средняя величина угла поворота определяется путем деления суммы углов поворота на количество углов поворота.

4.Средний радиус поворота определяется делением суммы кривых на сумму углов поворота, выраженную в рад.

6.Определить высоты пикетов (ПК 0…ПК 30) и плюсовых точек, последние обязательно следует выделить в местах пересечения дорогой: водораздельных линий (ВРЛ), тальвегов лощин, берегов рек и ручьев. Образец представления результатов – табл. 7.3. При выполнении задания принять расстояние между бровками берегов реки 25…30 м, ручьев – 5 м.

Таблица 7.3 Отметки пикетов и плюсовых точек (ПК 9…ПК 24 на рис. 7.5)

84

7.Оформить отчет. В выводах дать характеристику запроектированного плана дороги.

85

ЗАДАНИЕ № 8

Построение продольного профиля трассы в отметках земли. Установление характера поверхностного стока.

Размещение водопропускных сооружений

Построение продольного профиля в отметках земли

Продольный профиль уровня земли по трассе составляют по отметкам, взятым с карты, и вычерчивают на миллиметровой бумаге с шириной листа 297 мм или 420 мм в масштабах: горизонтальном – 1:5000 и вертикальном – 1:500. Для горной местности горизонтальный масштаб принимают – 1:2000, вертикальный – 1:200.

Построение профиля начинают с вычерчивания линии условного горизонта (УГ), за которую принимают одну из утолщенных линий миллиметровки на расстоянии 18 см от нижнего края бумаги. От линии УГ в масштабе для вертикальных расстояний откладываются вверх отметки пикетных и плюсовых точек – ординаты d (мм). Вершины смежных ординат соединяют прямыми линиями.

Продольный профиль дороги в отметках земли представляет собой ломаную линию, состоящую из отрезков длиной 100 м и менее 100 м. Эта линия называется линией земли.

Под профилем ниже линии УГ располагается пояснительная сетка (таблица) по форме, показанной на рис. 8.1, включающая следующие графы.

Графа 1 – «Развернутый план дороги». Здесь посреди графы проводится линия, показывающая проектируемую дорогу. Указывают ситуацию вдоль трассы – лес, болота, пашня, луг, пересекаемые дороги, водотоки, направление стока поверхностных вод (стрелками); положение разведочных геологических выработок (шурфов и скважин). Для городских дорог показывают красную линию. При реконструкции показывают существующую дорогу.

Графа 2 – «Тип местности по увлажнению». Указывается номер типа местности по признакам увлажнения верхних слоев грунта в соответствии с принятой классификацией (см. табл. 8.1).

Графа 3 – «Тип поперечного профиля земляного полотна». Указывается номер типа поперечного профиля конструкции земляного полотна в соответствии с чертежами поперечных профилей дороги. Заполняется после выбора конструкции земляного полотна.

Графы 4 и 5 – «Левый кювет, канава, резерв», «Правый кювет, канава, резерв» заполняют в процессе проектирования водоотвода.

Графа 6 – «Уклон и вертикальная кривая». В этой графе показывают элементы проектной линии: прямые и вертикальные кривые, а также привязки к пикетам точек изменения характера проектной линии: начало и конец вертикальных кривых, переломы проектной линии. Прямые показывают в виде отрезков с характерным уклоном, над которыми записывают уклон данного элемента проектной линии в ‰, а под отрезком – его длину в м. Для вертикальных

86

кривых записывают значения: радиуса, длины кривой, биссектрисы. Вертикальные кривые обозначаются условными знаками. Данная графа заполняется при проектировании продольного профиля дороги (нанесении проектной линии).

Рис. 8.1 Форма пояснительной сетки (таблицы) продольного профиля дороги

Графа 7 – «Отметка бровки земляного полотна». Указываются проектные отметки бровки земляного полотна, рассчитанные при нанесении проектной линии для всех характерных точек: пикеты, плюсовые точки, точки изменения характера проектной линии.

Графа 8 – «Отметка земли». Указываются фактические отметки естественной поверхности земли по оси дороги, которые определяют по горизонталям методами интерполяции или экстраполяции или по результатам геометрического нивелирования трассы. В проектах реконструкции дорог в этой графе показываются интерполированные отметки подошвы насыпи или бровки выемки

87

существующей дороги, в проектах реконструкции городских дорог – отметки по оси проезжей части существующей дороги.

88

89

90

Графа 9 – «Расстояние». Показываются расстояния между пикетами и плюсовыми точками, цифрами указывают расстояние от плюсовой точки до соседних пикетов или плюсовых точек. Отдельные участки продольного профиля с большим количеством плюсовых точек помещают в виде таблицы с указанием расстояний и отметок на том же листе, на котором изображен продольный профиль.

Графа 10 – «Пикет». Указываются номера пикетов. Пикетаж на продольном профиле дают с нумерацией между километрами от 0 до 9.

Графа 11 – «Прямая и кривая в плане». В этой графе изображают развернутый (условный) план трассы, показываются прямые вставки и кривые в условных знаках. Над прямой вставкой подписывают значение ее длины, а под ней – румб. Основные кривые правых поворотов показывают прямой горизонтальной линией, располагаемой на 5 мм выше прямых вставок, а основные кривые левых поворотов – на 5 мм ниже. Переходные кривые показывают наклонными линиями, соединяющими НК с началом основной кривой или конец основной кривой с КК. Для кривых в плане указывают величины: угол поворота, радиус круговой кривой, тангенс или тангенсы, длина кривой и длины переходных кривых, привязки НК и КК к пикетам.

Графа 12 – «Указатель километров». Показывают километровые знаки и подписывают номера километров.

Продольный профиль трассы в отметках земли показан на рис. 8.2.

Построение геологического разреза продольного профиля

Вычерчивание грунтового (геологического) разреза профиля начинается с нанесения линии, параллельной линии земли (ниже ее на 20 мм). В местах закладки разрезов наносят колонки грунтов с указанием глубины заложения в масштабе 1:50. Границы залегания одноименных грунтов на смежных колонках соединяют прямыми линиями и указывают на профиле наименование слоев грунта и номера их групп в соответствии с классификацией грунта по трудности разработки. На разведочных геологических колонках указывают также отметки грунтовых вод (УГВ) с датой их вскрытия.

Шурфы на профиле показывают колонками шириной 6 мм с указанием в соответствии с условными обозначениями влажности песчаных и крупнообломочных грунтов, а для глинистых грунтов – консистенции.

Скважины изображаются шириной 2 мм. Если глубина скважины не размещается в пределах грунтового разреза, ее показывают с разрывом. С правой стороны от изображения выработок указывают глубину каждого грунтовопочвенного горизонта от поверхности земли.

В графе «Развернутый план дороги» шурфы и скважины показывают квадратами соответственно со сторонами 6 мм и 2 мм, верхняя левая часть которых затушевывается от диагонали.

91

На рис. 8.3 представлены условные обозначения грунтов и горных пород для геологических разрезов продольных и поперечных профилей дорог.

92

1 – супесь; 2 – супесь мелкая; 3 – суглинок; 4 – суглинок тяжелый; 5 – суглинок пылеватый; 6 – грунт пылеватый; 7 – глина; 8 – песок среднезернистый; 9 – песок пылеватый; 10 – глина валунная; 11 – песок гравелистый; 12 – каменный навал; 13 – торф; 14 – сапропель; 15 – мохорастительный покров; 16 – ил, иловатый грунт; 17 – насыпной грунт; 18 – строительный мусор; 19 – гравий; 20 – галька; 21 – дресва, хрящ; 22 – гранит; 23 – диабаз; 24 – сланец глинистый; 25 – сланец метаморфический; 26 – мергель; 27 – известняк; 28 – известняк ракушечник; 29 – песчаник (со значком «гл» – глинистый, «кв» – кварцевый и т.д.); 30 – засоленность грунта (показывается дополнительно)

Рис. 8.3 Условные обозначения грунтов и горных пород на геологических разрезах продольных и поперечных профилей дорог

Установление характера поверхностного стока. Размещение водопропускных сооружений

Для установления характера поверхностного стока необходимо на карте в зоне расположения запроектированной трассы стрелками указать направление стока воды. Поверхностные воды стекают вниз по рельефу, направление стока перпендикулярно горизонталям. Данные стрелки показывают, как направлены потоки, стекающих по рельефу поверхностных вод, относительно дороги. Эти стрелки переносят на «Развернутый план дороги» пояснительной сетки продольного профиля, сохраняя их ориентацию относительно дороги. Изображение характера поверхностного стока на «Развернутом плане дороги» позволяет установить, в каких местах вода притекает к земляному полотну, а в каких наоборот обеспечен естественный отток воды от земляного полотна, где сливаются встречные потоки вод, и требуется их пропуск через земляное полотно. Изучение поверхностного стока на участках местности, прилегающей к дороге не-

93

обходимо для рационального размещения водоотводных и водопропускных сооружений.

Искусственные сооружения (трубы и мосты) предназначены для пропуска воды через земляное полотно и устраиваются в местах понижения рельефа при пересечении трассой лощин (балок, оврагов), а также постоянных и временных водотоков (рек, ручьев, каналов). Место положения искусственного сооружения определяется по продольному профилю: переход поверхностных вод с одной стороны земляного полотна на другую необходимо обеспечить в местах, где линия земли изменяет спуск на подъем. Трубы устраиваются при расчетном расходе воды до 20 м3/с, в остальных случаях, а также на пересечениях постоянных водотоков применяются мосты.

Положение искусственных сооружений показывают на продольном профиле условными знаками и над проектной линией против условного знака записывают характеристику сооружения: для труб – количество очков, материал, размер отверстия, пикетажное положение; для мостов – материал, длина, пикетажное положение середины моста.

Порядок выполнения задания и исходные данные

1.На листе миллиметровой бумаги с размерами: высота 297 мм (420 мм), длина 900 мм вычертить стандартную рамку со штампом в правом нижнем углу.

2.Провести линию условного горизонта. Вычертить пояснительную сетку продольного профиля и заполнить ее шапку.

3.Заполнить графы пояснительной сетки: «Развернутый план дороги», «Тип местности по увлажнению», «Отметка земли», «Расстояние», «Пикет», «Прямая и кривая в плане», «Указатель километров». Профиль строиться протяженностью 30 пикетов (3 км). Закладка шурфов предусмотрена на каждом 5-ом пикете, начиная с нулевого.

4.Построить линию земли.

5.Построить грунтовый разрез на профиле. Показать уровень залегания грунтовых вод.

6.По карте установить направления поверхностного стока и указать направления стока поверхностных вод на «Развернутом плане дороги».

7.Определить места расположения искусственных сооружений. Назначить вид водопропускного сооружения для каждого места. Результаты представить в виде табл. 8.2. В графе «Конструктивные особенности» для труб указываются: количество очков, материал звеньев трубы, форма водопропускного отверстия и его размеры; для мостов: тип конструкции (балочный, арочный, висячий, рамный), материал пролетных строений, длина. Названные параметры устанавливают при проектировании искусственных сооружений, а их конструкции принимают на основе технико-экономического сравнения различных конструкций для данных условий. При выполнении настоящей работы конструктивные особенности искусственных сооружений принимаются условно, при этом следует принимать типовые конструкции: круглые трубы диаметром 1 м, 1,5 м, 2 м; балки пролетных строений мостов длиной 6 м, 9

94

м, 12 м, 15 м, 18 м, 21 м, 24 м. Длина моста LМ (м) с устоями в виде конусов, расположенного на горизонтальной площадке или на уклоне до 10 ‰ равна