Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Экономика
Финансы
Психология
Биология
Сельское хозяйство
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
История
Физика
Экология
Этика
Промышленность
Энергетика
Связь
Автоматика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
1 Общие понятия
 Скачать 18.79 Mb.
|
|
IRI особенно высоко коррелирует с тремя переменными типами ответной реакции транспортного средства, представляющими наибольший интерес: □ системой с ответной реакцией для измерения неровностей дорог (как историческое продолжение); □ вертикальным ускорением пассажиров, находящихся в транспортном средстве (как качество езды); □ нагрузкой на пневмошину (для управляемости и безопасности транспортного средства). В то же время индекс IRI не связан со всеми переменными ответной реакции транспортного средства. Так, он не имеет устойчивой корреляции с вертикальным расположением пассажира или ускорением оси транспортного средства. Волновое число ответной реакции IRI четверти автомобиля показано на рис. 2.14. Амплитуда выхода волн является и амплитудой входа с коэффициентом передачи, показанным на рисунке. Коэффициент передачи — величина безразмерная. Таким образом, если входящая волна с амплитудой — уклон дорожного покрытия, то выходящая волна представляет собой результат входящей амплитуды и величина ее принимается из зависимости, приведенной на графике  Величина значений IRI линейно пропорциональна неровностям на дорожном покрытии. Это означает, что если все значения в измеряемом профиле увеличиваются на некоторый процент, то значения IRI повысятся на точно такой же процент. При IRI 0,0 профиль дорожного покрытия представляет собой абсолютно совершенную линию на плоскости поверхности. Теоретически не существует предела неровной поверхности покрытия: даже если значение IRI более 10 м/км, можно говорить только о снижении скорости на данном покрытии. Индекс IRI стал первым репродуцируемым индексом ровности, устойчивым во времени. Индекс IRI является индикатором общего состояния дорожного покрытия. Он суммирует дорожные неровности, влияющие на воздействие транспортных средств, т.е. на их транспортные издержки, удобство езды и общее состояние поверхности дорожного покрытия. Построенная или отремонтированная автомобильная дорога рассчитана на длительный срок эксплуатации. Очевидно, что с учетом постепенного ухудшения ровности под воздействием транспортных нагрузок и природно-климатических факторов первоначальная ровность покрытия должна быть достаточно хорошей, чтобы не превысить к концу срока службы предельных («плохих») значений. В различных странах этот показатель неодинаков. Его величина в первую очередь зависит от технологических возможностей строительной организации и отражает уровень общей культуры производства. 10 Практические аспекты применения показателя ровности. Каждое измерительное оборудование отличается собственной, только для него характерной особенностью фиксации линейных перемещений, ускорений и пр. Таким образом, каждому оборудованию присваивается «функция передачи», которая отражает соотношение между зарегистрированной и «истинной» величиной неровности в виде функции длины волны. 1. Анализ профилометрических систем Для идентификации работы различных профилометрических систем проводятся исследования на участках автомобильных дорог без дефектов, нарушающих сплошность покрытия. Так как два профилометра могут выдавать одинаковый IRI, даже если профили совершенно различны, необходимо произвести анализ, позволяющий оценить, может ли профилометрическое устройство «правильно» зарегистрировать реальный профиль автомобильной дороги. Для этих целей одним из наилучших диагностических методов является анализ спектральной плотности распределения дисперсии амплитуд и уклонов продольного профиля. Данный анализ показывает характеристику ровности дороги, при этом можно установить соотношение между амплитудой и волновым числом для любого участка продольного профиля. Функции спектральной плотности распределения дисперсии амплитуд и уклонов помогают показывать ошибки измерения при сравнении их графиков в разрезе применяемых измерительных устройств, а также выявлять возможные ошибки работы акселерометров, датчиков высоты (лазерный, механический и т.д.) или ошибки в программном обеспечении, применяющемся для обработки данных этих датчиков. Таким образом, при сравнении различных профилометрических устройств функции спектральной плотности распределения позволяют выполнить более детальный анализ продольных профилей, чем индекс IRI, выявить ошибки в измерениях и оценить корректность работы профилометрических устройств для различных волновых чисел. 2. Анализ проектных решений Повышенное внимание к обеспечению ровности дорог привело к необходимости оценки качества проектных решений. В результате исследований было установлено, что проектная линия влияет на достигаемую при строительстве ровность. Ранее установленные нормативные требования к линии продольного профиля позволяли выполнять проектирование с использованием прямых разного уклона и переломов, однако длина прямых не нормировалась. Данный метод особенно удобен при проектировании ремонта дорог, когда необходимо пройти профиль «по обертывающей». При таком проектировании почти всегда удается запроектировать профиль так, чтобы соблюсти требования нормативов при новом строительстве. Однако проектирование ремонта продольного профиля вертикальными кривыми соответствующими нормативным требованиям, практически никогда не позволяло сохранить существующий продольны профиль. Из этого положения проектировщики выходили следующим образом. Для «сохранения» существующего продольного профиля проектирование выполнялось коротким отрезками прямых, порядка 20 м, с предельными переломами уклонов. При исследовании ровности автомобильных дорог необходимо учитывать не только дефекты ровности, но и геометрические характеристики продольного профиля. Более того, на стадии проектирования новых автомобильных дорог, а также при капитальном ремонте и реконструкции существующих можно прогнозировать ровность и при необходимости вводить коррективы в назначение проектных отметок и геометрической структуры продольного профиля в целом. Анализ переломов проектной линии 5, 10 и 20 %о с восходящими и нисходящими уклонами показал наличие скачка значений IRI после перелома продольного профиля. При этих переломах проектной линии IRI возрастает с нулевого значения до 1,85, 3,69 и 7,38 м/км. Причем эти показатели не зависят от того, был перелом на восходящих или нисходящих уклонах. Определяющую роль играют значения переломов уклонов продольного профиля. Максимальное воздействие оказывают переломы в начальный период заезда автомобиля на новый участок с другим уклоном. Чем больше перелом, тем длительнее процесс затухания. В случае попеременного изменения уклона на коротких участках ситуация с ровностью покрытия только усугубляется. Вертикальные кривые являются «абсолютно гладкими» по ровности в теоретическом плане. Однако в настоящее время отметки продольного профиля на дорогу выносятся элементами отрезков различной длины (5, 10, 20 м) в зависимости от применяемой технологии строительства автомобильной дороги и дорожной одежды. Следовательно, на дороге мы имеем ломаные линии, «вписанные» в запроектированные кривые с теми же проблемами, что и переломы уклонов продольного профиля. Значения IRI возрастают с увеличением отрезков прямой между точками выноса отметок и уменьшением радиуса вертикальной кривой. При этом для отрезков длиной 5 и 10 м значения IRI остаются постоянными, а для отрезков длиной 20 м носят периодический характер, что обусловлено затуханием колебаний «золотого автомобиля» на отрезке пути 20 м и скачком колебаний после проезда перелома уклонов продольного профиля. Таким образом, проектирование продольного профиля неотъемлемо от технологии устройства дорожной одежды, которую проектировщик должен рекомендовать для последующей реализации в процессе строительства. 11 Пути улучшения ровности дорожных покрытий на стадии укладки асфальтобетонных смесей При строительстве автомобильной дороги асфальтобетонное покрытие укладывается по слоям. Слои основания, а так же нижние слои покрытия устраивают при использовании автоматической следящей системы по вынесенным на натянутую струну отметкам. В этом процессе наиболее важно максимально точно выдержать все высотные отметки, заложенные в проекте. При устройстве верхнего слоя покрытия особенно важно обеспечить наилучшую ровность и гладкость покрытия. Для этого используется асфальтоукладчик со следящей системой в виде скользящей лыжи. Длина лыжи может изменяться в широких пределах — от 1 до 20 м. Оптимальная длина лыжи окончательно не определена. Для «ровных» участков характерны две особенности. Во-первых, имеется предел в длине лыжи асфальтоукладчика, после которой дальнейшее увеличение длины практически не влияет на улучшение ровности. Во-вторых, при некоторых длинах лыжи наблюдаются заметные улучшения ровности, имеющие характер скачка. Таких скачков может быть два или три. В основном это 2, 6, а также 12 м. Реализация проектных решений на стадии строительства основания и нижних слоев покрытия позволяет устранить неровности больших длин волн (20...60 м), влияющих на ровность. В то же время по причине неравномерной подачи асфальтобетонных смесей укладчик может останавливаться после расходования смесей в бункере. Если перерывы в работе будут после каждой машины со смесями, остановки могут случаться часто, что приведет к возникновению неровностей с достаточно короткими длинами волн. Другой причиной подобного явления может быть неоптимальный состав звена катков, например отсутствие легких катков и наличие только средних и тяжелых. В этом случае не достигается необходимое равномерное уплотнение слоя по всей длине. Тяжелые катки при резком торможении перед границей укладки вызовут переуплотнение слоя в данном месте и образование неровностей. Если рассматривать «неровный» участок, ровность после применения лыжи изменяется совершенно иначе. Полностью отсутствуют скачки, характерные для «ровных» участков. Кроме того, каждое увеличение длины лыжи асфальтоукладчика ведет к почти равномерному улучшению ровности. Анализ продольного профиля покрытия и определение на его основе Международного индекса ровности позволяет оценить допускаемое состояние по ровности исходного покрытия при его ремонте по методу устройства слоя асфальтобетона при условии обеспечения наилучшей ровности нового покрытия. Так, например, расчеты позволяют определить максимально допустимое понижение профиля (глубину выбоины), при котором можно обеспечить необходимую ровность покрытия при укладке одного слоя (рис. 2.16).  Рис. 2.16. Расчетная схема: 1 — исходное покрытие; 2 — слой покрытия; 3 — слой покрытия после уплотнения Необходимо проведение мероприятий по предварительному исправлению профиля существующего дорожного покрытия, например путем фрезерования неровностей, или устройству выравнивающего слоя. 12 Общие положения. Прочность дорожной одежды — сопротивление дорожной одежды напряжениям и деформированию под действием нагрузок от транспортных средств и изменяющихся погодно-климатических условий. Критериями прочности нежесткой дорожной одежды является предел прочности на растяжение при изгибе материала монолитных слоев или предельное сдвигающее (касательное) напряжение в грунте земляного полотна и в слоях дорожной одежды из слабосвязанных зернистых материалов (щебень, гравий, песок), а также предельная относительная вертикальная деформация, при которой начинается и развивается нарушение монолитности и ровности покрытия. Критерием прочности жесткой дорожной одежды служит предел прочности бетона на растяжение при изгибе. Для нежестких и жестких дорожных одежд на участках дорог с неблагоприятными грунтово-гидрологическими и погодно-климатическими условиями критерием прочности является предельное значение вертикальной деформации пучения, при превышении которого появляются трещины и ухудшается ровность покрытия (нарушается морозоустойчивость конструкции). 1 Расчет прочности дорожной одежды Прочность дорожной одежды нежесткого типа для перегонов дорог рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок, равное 0,1 с, одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог — на продолжительное нагружение (более 10 мин). Расчет дорожной одежды выполняют с учетом надежности, под которой подразумевается вероятность безотказной работы конструкции в течение всего периода «между капитальными ремонтами. Количественным показателем надежности служит уровень надежности, представляющий собой отношение протяженности прочных, не требующих капитального ремонта конструкций к общей протяженности участка дороги. При расчете дорожных одежд допустимый уровень надежности Кни соответствующий ему коэффициент прочности Кпр. Прочность дорожной одежды рассчитывают в следующей последовательности. 1. Выполняют расчет дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу. Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям надежности и прочности по критерию упругого прогиба, если Кпр< Ео6щ/Етр, где Кпр— коэффициент прочности дорожной одежды, определяемый по таблице в зависимости от допустимого уровня надежности; Еобщ — общий модуль упругости конструкции, МПа; Етр — требуемый модуль упругости конструкции с учетом капитальности одежды, типа покрытия, вида грунта земляного полотна и интенсивности воздействия нагрузки, МПа. 2. Проводят расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе. В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими, и др.) возникающие при ее прогибе напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушения структуры материала и приводить к образованию трещин, т.е. должно быть обеспечено условие: Кпр≤Rн /σr где Кпр— требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (принимается по таблице); Rн—предельно допустимое растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений, МПа; σr — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом, МПа. 3. Выполняют расчет толщины дренирующего слоя и толщины стабильных слоев дорожной одежды из условия морозоустойчивости. Требуемые модули упругости для расчетной нагрузки группы А и группы Б вычисляют по формулам ЕА=125+67(lgNA-1), ЕБ=62+72(lgNБ-1), где NA(Б) — количество автомобилей, приведенных к расчетному на одну полосу, авт./сут. За расчетный автомобиль принимается двухосный автомобиль, имеющий нагрузку на заднюю ось 100 кН и удельное давление 0,6 МПа (нормированная нагрузка группы А). Поскольку большинство транспортных средств имеет иные нагрузки на оси, чем нормированная нагрузка группы А, необходимо определить их эквивалент (коэффициент приведения) расчетной нагрузки. Приведение осевых нагрузок к расчетной нагрузке выполняют по формуле Si = 10ni ·K где К — коэффициент, учитывающий давление в шинах  где β — показатель, учитывающий капитальность дорожной одежды (для капитального типа — 3,359, облегченного — 2,306, переходного — 1,421); Qр — нагрузка на ось расчетного автомобиля, кН; Qi — максимальная, из нескольких осей тележки, нагрузка i-го автомобиля с учетом влияния сближенных осей или нагрузка на заднюю ось двухосного автомобиля, кН. Для определения максимальной осевой нагрузки тележки Оу1с учетом влияния сближенных осей вводятся коэффициенты, после чего просчитывается каждая ось тележки. Если расстояние между осями одного транспортного средства более 3 м, проезд каждой оси рассматривают как проезд двухосного автомобиля с нагрузкой на заднюю ось, равной нагрузке, приходящейся на рассматриваемую ось транспортного средства. Приведение транспортного средства к нормированной нагрузке группы А в данном случае осуществляется суммированием коэффициентов приведения, определяемых по формуле (Si). По этой же формуле выполняют приведение транспортных средств к любой другой расчетной нагрузке, отличной от нагрузки группы А. В этом случае в формуле (ni) принимается та расчетная нагрузка (Qр), к которой необходимо привести другие транспортные средства. 13 Определение допустимой нагрузки дорожных одежд Допустимую нагрузку дорожных одежд определяют для различных периодов эксплуатации дороги в течение года. Для конструкций дорожных одежд наиболее неблагоприятны: □ весенний период, когда грунты земляного полотна имеют максимальную влажность и, соответственно, наиболее разуплотнены; □ летний период, когда слои, содержащие битумные вяжущие, наиболее пластичны. В летний период при температуре воздуха 25 °С и выше максимально допустимая осевая нагрузка (Qдоп) на асфальтобетонных покрытиях составляет не более 60 кН исходя из условий недопущения образования колейности. |