301-000635

в Германии – с 160 км/ч (нормы 1936 г.) до 100 км/ч. Такая тенденция, видимо, объясняется тем, что высокие расчетные скорости не наблюдаются в реальных условиях.

Исследования показали, что количество автомобилей, превышающих расчетную скорость, уменьшается с увеличением этой скорости (таблица 2.2).

Величина расчетной скорости при разработке проекта реконструкции дорог принимается меньшей, чем при проектировании новых дорог. Это вызвано тем, что дорога проходит в сложившихся условиях застройки и местности. Поэтому изменение плана и продольного профиля под нормируемую расчетную скорость обычно приводит к большим затратам. В некоторых странах установлен максимальный предел такой скорости. Так, в Германии и Англии считают, что расчетная скорость при реконструкции может, принята 80 км/ч.

Величина расчетной скорости учитывается при расчете следующих элементов дорог:

-радиуса кривых в плане,

-расстояние видимости в плане и продольном профиле,

-радиуса вертикальных кривых и др.

Близка по величине к расчетной скорости конструктивная скорость автомобиля, под которой понимают максимальную скорость, развиваемую автомобилем данной конструкции. Эта скорость зависит от типа автомобиля, его удельной мощности двигателя. Современные автомобили имеют следующие конструктивные максимальные скорости: 250-200 км/ч – для легковых автомобилей крупного и среднего литража; 150 км/ч – для малолитражных легковых автомобилей; 100 км/ч – для грузовых автомобилей средней грузоподъемности; 85 км/ч – для грузовых автомобилей большой грузоподъемности и 75 км/ч – для тяжелых автопоездов.

Мгновенные скорости движения – это фактические скорости, измеренные в конкретных створах дороги. Поэтому они представляют собой скорости движения одиночных автомобилей или потока автомобилей на данном коротком участке дороги в рассматриваемый непродолжительный промежуток времени.

Величина этой скорости характеризует фактические условия движения в конкретном месте дороги и в данный момент времени.

11

В ряде стран нормирует связь расчетной скорости движения с фактической мгновенной. Так, в США и Германии принято, что фактическая скорость должна быть на 16 км/ч ниже расчетной.

В Словении установлена следующая связь расчетной скорости с фактической:

Мгновенная скорость является своего рода показателем реакции водителей на изменение условий движения на дороге.

Эксплуатационная скорость показывает среднюю скорость на данном маршруте с учетом задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне или железнодорожных переездов.

Эксплуатационная скорость является основным показателем транспортной работы дороги. По этой скорости можно определить продолжительность движения между рассматриваемыми пунктами отправления и назначения. При технико-экономических расчетах данные об эксплуатационных скоростях движения являются основными при обосновании мероприятий по улучшению условий движения.

Величина эксплуатационной скорости зависит не только от продолжительности задержки, но и от условий движения на дороге (интенсивности и состава движения и дорожных условий)

Техническая скорость доказывает среднюю скорость на данном маршруте без учета задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне или другими факторами.

По величине этой скорости можно оценивать условия движения на отдельных маршрутах и комплексное влияние дорожных условий на скорость движения.

Величина технической скорости во многом определяется видом транспортных средств, поэтому она существенно зависит от состава движения.

Скоростью организации движения является скорость, на которую рассчитывается работа всех систем управления движения, на основе, которой выбирают тип знака, и размер элементов разметки проезжей части. Обычно эту скорость принимают равной скорости 85% обеспеченности, т.е. скорость которую превышают 15% автомобилей. К этой скорости также относится величина ограничения минимальной или максимальной скорости, выбираемой в зависимости от местных условий движения.

Под оптимальной скоростью движения понимают скорость, при которой обеспечиваются наиболее экономичные условия работы дороги и автомобиль-

12

ного транспорта, а также благоприятные условия дли работы водителей. Характерным примером оптимальной скорости является скорость, соответствующая оптимальной загрузке дороги движением и составляющая около 55% от скорости движения в свободных условиях.

К нормируемым скоростям относятся величины скоростей, принимаемые как стандартные при технических или технико-экономических расчетах. В этом отношении расчетная скорость также является одной из разновидностей нормируемой скорости. К нормируемым скоростям можно отнести скорости при определенном типе дорожного покрытия, которые используются при техникоэкономических расчетах. К нормируемым скоростям можно также отнести скорость сообщения общественного транспорта, используемая для расчетов по организации работа этого вида транспорта. Величина скорости сообщения нормируется.

Время в пути - продолжительность движения по рассматриваемому маршруту (дороге) без учета остановок в пути, с учетом только задержек, вызванных наличной других автомобилей и остановками на перекрестках; измеряется в часах или минутах.

Надежность автомобильной дороги - обеспечение движения одиночных автомобилей с расчетной скоростью, а потока автомобилей не менее, чем со средней скоростью, соответствующей категории дороги, и с сохранением тех- нико-экономических показателей в заданных пределах в течение установленных сроков службы. Такие среднегодовые скорости по величине ниже расчетных скоростей.

В соответствии с теорией надежности при нерезервированных системах, какой является автомобильная дорога с одной проезжей частью, надежность дороги в целом оценивается надежностью ее составных элементов (дорожной одежды и покрытия искусственных сооружений, земляного полотна, геометрических элементов). В настоящее время с позиций теории надежности наиболее целесообразно выполнять работы по усилению дорожной одежды и повышению пропускной способности стадийно.

Дорога, имеющая несколько полос движения, представляет собой резервируемую систему, при которой исключается полный отказ, так как можно переключить движение на действующую проезжую часть.

Проезжаемость дорог - возможность движения по дороге с заданной скоростью в различные периоды года.

Ровность дорожного покрытия - показатель состояния поверхности покрытия дороги.

Сцепные качества дорожного покрытия - показатель, характеризующий сцепление шины колеса с покрытием.

Работоспособность дорожной одежды – эксплуатационный показатель дороги, характеризующий сопротивление покрытий износу с деформацией под действием движения.

13

Наряду с перечисленными характеристиками важным является общее количество дорожно-транспортных происшествий, а также количество убитых и раненых, показывающее уровень обеспечения безопасности движения.

Часто используется показатель относительного количества дорожных происшествий, выражаемый в количестве происшествий на 1 млн. прошедших автомобилей. Этот показатель позволяет оценивать опасность отдельных участков дорог.

2.1.3 Подвижнойсостав автомобильных дорог

Автомобильная дорога предназначена для движения автомобильных транспортных средств. Поэтому все элементы дороги должны обеспечивать безопасное и эффективное движение этих транспортных средств.

Дороги не проектируют на движение таких транспортных средств и машин, как тракторы, сельскохозяйственные машины, негабаритные автопоезда и автопоезда для перевозки специальных негабаритных грузов. Для обеспечения проезда таких машин и транспортных средств выбираются специальные маршруты и время движения, когда их влияние на поток автомобилей и на конструкцию дороги незначительно. Примером организации таких проездов является перевозка зеркала самого большого в мире телескопа в обсерваторию в станице Зеленчукской, или перевозка негабаритных конструкций химических комбинатов.

Учитывая, что автомобильные дороги предназначены только для движения автомобилей, элементы продольного профиля, плана, пересечений в одном и разных уровнях проектируют с учетом общих габаритов автомобилей и их динамических и тормозных возможностей. Дорожную одежду проектируют на расчетную весовую нагрузку от грузового автомобиля.

По автомобильным дорогам движутся разные типы грузовых и легковых автомобилей. Поэтому элементы дорог проектируют или на наиболее характерный в транспортном потоке автомобиль, или на движение расчетного автомобиля.

При проектировании дорог и их реконструкции рекомендуют в качестве расчетного грузового автомобиля ЗИЛ-130, расчетного легкового автомобиля -

ГА3-24.

Для предупреждения несоответствия между элементами автомобильных дорог и конструкцией автомобилей жестко нормируются требования к габаритам и весу автомобилей. В России установлен общесоюзный стандарт, в котором нормированы максимально возможные габаритные размеры грузовых автомобилей и вес этих автомобилей. Эти требования особенно важны в последние годы, когда на дорогах России появилось много автопоездов и автомобилей большой грузоподъемности.

В соответствии с ГОСТ 9314-59 установлены две группы автомобилей: А и Б. Автомобили группы А имеют предельную нагрузку на одиночную ось 10 т.,

14

при двух спаренных осях - 16т. Автомобили группы Б имеют, соответственно, максимальные нагрузки 6 и 10 т.

Таким образом, в России максимальная нагрузка принята 10 т, в других странах наибольшая осевая нагрузка установлена в пределах 8-13 т.

ГОСТ 9314-59 предусматривает возможность движения по дорогам высших технических категорий (I и П категории) автомобилей группы А. Дорожные одежды этих дорог проектируют на нагрузку от автомобилей этой группы. Дорожные одежды автомобильных дорог остальных технических категорий рассчитывают на нагрузку от автомобилей группы Б.

Среднее удельное давление колес автомобилей группы А на поверхность дороги не превышает 6,5 кг/см2., группы Б – 5,5 кг/см2.

Так как не все дороги приспособлены для пропуска тяжёлых автомобилей, на дорогах низкой категорий ограничивают движение большегрузных автомобилей. Такое ограничение чаще всего вводится в весенний период, когда снижается прочность дорожной одежды.

Габаритные предельные размеры грузовых автомобилей нормируются ГОСТ 9314-59 следующими: высота автомобиля - 3,8 м, ширина - 2,5 метра (рис. 2.1). Нарушение габаритных размеров существенно нарушает условия движения по дороге и может привести к разрушению дорожных конструкций и дорожно-транспортным происшествиям.

Опыт эксплуатации Московской кольцевой автомобильной дороги показал необходимость обеспечения габарита по высоте не менее 5 м.

С отрицательным влиянием нарушения габаритов автомобилей столкнулись дорожники США, когда автомобильные фирмы в погоне за прибылью стали создавать полуспортивные легковые автомобили, имеющее низкое положение глаз водителя. Это привело к увеличению количества дорожных происшествий со смертельным исходом. В пределах вертикальных кривых из-за резкого снижения расстояния видимости.

Необходимость ограничения длины автопоездов вызвана необходимостью обеспечения безопасности движения.

При проектировании мостов через реки и путепроводов через железные и автомобильные дороги принимают более высокие расчетные весовые нагрузки, обеспечивающие возможность пропуска одиночных транспортных средств большой грузоподъемности.

Для обеспечения и поддержания высокого транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог необходимо весьма детально учитывать тип автомобилей, преобладающих в транспортном потоке.

Для расчета мостов принимается нормированная нагрузка – условная колонна автомобилей и одиночной гусеничной подвозки, размеры и вес которых выбирают с учетом перспективы развития автомобильных транспортных средств (рис. 2.2).

Расчетная колонна автомобилей состоит из ряда следующих друг за другом на одинаковом расстоянии нормальных автомобилей, среди которых имеется одни утяжеленный автомобиль.

15

При сдаче моста в эксплуатацию проводится испытание моста на устойчивость его конструкций под действием нормативной нагрузки. Для этого большегрузные автомобили загружают песком и устанавливают на мосту, одновременно измеряя деформацию конструкции моста.

Рис. 2.1. Габаритные предельные размеры автомобилей и автопоездов, допускаемых для движения по дорогам России:

а и б – грузовые автомобили в – двухосный седельный тягач с полуприцепом

г – трехосный тягач с двухосным прицепом д – трехосный тягач с двумя двухосными прицепами

Рис. 2.2. Схема движения автомобилей для расчета мостов

16

2.2.Воздействие автомобиля на дорогу

2.2.1.Особенность взаимодействия дороги и автомобиля

Особенность взаимодействия дороги и автомобиля заключается в непрерывном пространственном движении автомобиля, как поступательном, так и вращательном.

При движении автомобиля по дороге за счет движения возникают динамические воздействия (действуют вертикальные силы, вызывающие деформацию дорожного покрытия). При разгоне и торможении автомобиля действуют касательные усилия, в зоне контакта шины колеса с покрытием, вызывающие относительное смешение верхних слоев дорожного покрытия и появление гребенки.

Особенно сложным является движение автомобиля на подходах к кривым в плане и в пределах самих кривых, где автомобиль совершает вращательное движение вокруг его вертикальной оси. На этих участках возникают боковые силы, действующие как на автомобиль, так и на верхний слой дорожного покрытия. Эти силы оказывают большое влияние на устойчивость автомобиля. Поэтому эти участки дорог проектируют, в первую очередь, из условия обеспечения устойчивого движения автомобиля, предупреждая его опрокидывание.

Таким образом, при движении автомобиля по дороге действует система сил, различных по направлению, величине и амплитуде колебания автомобиля.

Задачей проектировщиков-дорожников является обеспечение плавности движения автомобилей по автомобильной дороге как пространственной кривой, предупреждение необходимости резкого изменения траектории движения.

Для этого стремятся к проектированию плана трассы дороги из сплошных переходных кривых или обязательно устраивают переходные кривые на подходе к круговым кривым. Применение таких кривых позволяет избежать резких изменений траектории движения автомобилей и действующих на покрытие усилий, возникавших в этот момент.

Применение виража, т.е. односкатного поперечного профиля проезжей части, позволяет не только предупредить опрокидывание автомобиля, но и так распределить усилия в зоне контакта шины колеса с покрытием, что исключаются большие по величине касательные силы, отрицательно влияющие на дорожную одежду.

При проектировании вертикальных вогнутых кривых особое внимание обращается на предупреждение появления больших по величине центробежных вертикальных усилий, оказывающих отрицательное воздействие, как на подвеску автомобиля, так и на дорожную одежду. Такие требования предъявляются к вертикальным кривым, в первую очередь на дорогах низких категорий.

Траектория и скоростной режим автомобиля во многом зависят от того, насколько детально учтены элементы автомобильных дорог и психофизиологические характеристики водителя при проектировании. Если водитель не имеет затруднений в оценке направления дороги, то он правильно выбирает траектории движения на проезжей части. Ошибки в поведении действий водителя

17

приводят к тому, что автомобили заезжают на обочину, этим самым разрушают кромку проезжей части, обочину и само дорожное покрытие. Задачей дорожни- ков-эксплуатационников является поддержание высокой ровности дорожного покрытия, позволяющей снизить отрицательное воздействие автомобиля на покрытие. Наличие неровностей вызывает вредные для человека и покрытия дороги колебания автомобиля. Неожиданный наезд автомобиля с большой скоростью на неровность приводят как к разрушению покрытия, так и к поломке конструктивных элементов автомобиля. Поэтому для исключения таких воздействий на дорогу необходимо тщательно контролировать ровность и состояние поверхности дорожного покрытия. Особенно ухудшается нормальное взаимодействие колеса с покрытием при наличии водяной пленки на поверхности дорожного покрытия. Ухудшается сцепление шины колеса автомобиля с покрытием, а при высоких скоростях (более 80 км/ч) происходит так называемое явление аквапланирования, заключающееся в поднятии передних колес автомобиля за счет действия водяного клина, и потеря управляемости автомобиля. Это малоизученное явление имеет место в зоне контакта шины колеса с покрытием.

Все это говорит о важности обеспечения своевременного отвода воды с проезжей части, и в первую очередь из зоны контакта шины колеса автомобиля с дорожным покрытием. Появление большегрузных автомобилей, имеющих большие шины, привело к неприятному для водителей легковых автомобилей явлению при движении по влажному покрытию - возникновению водяного облака. Для предупреждения появления вокруг грузового автомобиля водяного облака устраивают, так называемый дренаж-асфальт-покрытие, в которое уходит часть воды из зоны контакта шины колеса с покрытием. Такое покрытие в первую очередь должно устраиваться на опасных участках дороги.

Несомненно, что воздействие автомобиля на дорожные сооружения усиливаются при неблагоприятных погодных условиях и плохом обеспечении отвода воды от дороги и ее сооружений, существенно усиливается износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.

2.2.2 Силы, действующие от колеса автомобиля на дорожную конструкцию

При движении автомобиля по дороге в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием возникают динамические вертикальные, продольные и поперечные касательные силы, величина которых меняется в зависимости от типа автомобиля и шины колеса. На величину этих сил оказывает влияние большое количество факторов: давление в шине, нагрузка, погодно – климатические условия и др.

Колесо может находиться или в состоянии покоя или в движении. При стоящем колесе на него действует только одна сила – масса автомобиля, приходящаяся на это колесо G. Особенностью автомобильного колеса является его эластичность. Под действием вертикальной силы колесо деформируется и по-

18

является площадь контакта (рис 2.3а). В этом мосте радиус колеса меньше, чем в других частях колеса, не соприкасающихся с покрытием.

Площадь следа колеса S меняется в пределах от 250 см2 до 1000 см2. Величина S для одного и того же автомобиля меняется в зависимости от нагрузки на колесо, так как

где G - масса автомобиля, приходящаяся на колесо; р - удельное давление, кг/см2.

Величина (р) в соответствии с ГОСТ 9314-59 не должна превышать 5,5 кг/см2 на дорогах 1-2 технических категорий и 6,5 кг/см2 на дорогах 3-4 технических категорий.

Различают площадь отпечатки по контуру в форме эллипса (рис 2.3а.) и по выступам рисунка протектора. При определении среднего удельного давления в расчете принимают площадь отпечатка по выступам протектора. При расчете дорожной одежды для вычисления (р) условно принимает площадь отпечатка в виде круга диаметром (D) (рис. 2.3а), равновеликую площади эллипса. Диаметр такого круга определяют по формуле:

Рис. 2.3 Схема сил, действующих на покрытие дороги:

а - при стоящем колесе; б - ведущее колесо; в - ведомое колесо

19

В большинстве автомобилей имеются ведущие и ведомые колеса. К ведущим колесам подается крутящий момент мк от двигателя автомобиля. На ведомое колесо действует только сила тяги Р« . Крутящий момент Мк на колесе определяют по формуле

где Мдв- крутящий момент на коленчатом валу двигателя; nк - передаточное число коробке передач;

пг - передаточное число главной передачи; η - коэффициент полезного действия силовой передачи.

Действие крутящего момента (Мк) вызывает появление в зоне контакта окружающей силы (Рк), направленной в сторону обратную движению (рис. 2.3, б).

Сила (Рк) вызывает горизонтальную силу реакции Т = РК, представляющую собой силу трения в плоскости контакта колеса с покрытием.

При действии вертикальной силы (Gк) возникает сила реакции (R), которая располагается на расстоянии (а) впереди (GK) по ходу движения автомобиля.

Величина GK составляет:

для грузовых автомобилей: GK=0,65G +0.7G;

для легковых автомобилей GK = 0,5 G +0.55G, где G - общая масса автомобиля.

На ведомое колесо (рис.2.3.в) действует сила тяги (Рк). Горизонтальная реакция Т = Рн направлена в сторону противоположную движению. Вертикальная сила реакции (R) так же, как и в случае ведущего колеса, смещена по ходу движения.

Величина крутящего момента (Мк) может быть определена выражением:

где r - радиус недеформированного колеса;

λ- коэффициент уменьшения радиуса колеса в зависимости от жесткости шины (λ = 0,93 + 0,96).

Таким образом, для ведущего колеса величина окружной силы равна