Разработка и исследование пневматических источников упругих волн для морской сейсморазведки Гуленко Владимир Иванович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I Теоретические основы экологического воспитания учащейся молодежи в іщдагогмческой науке и школьной практике II

1.1. История развития содержания экологического воспитания учащейся молодёжи II

1.2. Экологическая культура личности. Ее сущность и качественные характеристики 33

1.3. Школьное краеведение как важнейшее средство воспитания экологически культурной личности 68

Выводы по главе 77

ГЛАВА 2 Условия формирования экологической культуры младію школьников по средством краеведческой деятельности 80

2.1. Дидактические условия формирования экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности 80

2.2. Моделирование системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности 92

2.3. Мотивационно-личностный компонент модели системы работы по формированию экологичес кой культуры младших школьников посред ством краеведческой деятельности 101

2.4. Содержательный компонент модели системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности ИЗ - 116

2.5. Процессуальный компонент модели системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности 116 - 133

2.6. Опытно-экспериментальная работа проверки эффективности педагогических условий формирования экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности 134 - 148

Быводы по главе 148

Заключение 149 - 153

Библиография

• Экологическая культура личности. Ее сущность и качественные характеристики
• Школьное краеведение как важнейшее средство воспитания экологически культурной личности
• Моделирование системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности
• Процессуальный компонент модели системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности

Введение к работе

Интенсификация антропогенного воздействия на природу в настоящее время достигла таких масштабов, что стала приводить к глобальным изменениям экологическое равновесие, что качественно ухудшает состояние окружающей среды, ставя под угрозу существования жизнь на планете.

В виду исключительной значимости проблем экологии возникает необходимость формирования экологической культуры подрастающего поколения, являющееся важнейшей задачей социальной экологии.

Педагогические аспекты экологического воспитания и образования все активнее рассматриваются учеными и практиками.

Первые разработчики данной проблемы И.Д.Зверев, А.Н.Захлеб-ный, И.Т.Суравегина и др., раскшли сущность, содетание, пути решения экологического воспитания и образования.

В научных трудах, учебниках, пособиях Н.М.ВеРзилина,А.В.Да-ринского, А.Б.Ставровского, С.С.Соловьева и др. авторов рассмотрены цели, содержание, формы и методы естественнонаучного образования при подготовке учащихся к природоохранной деятельности. Особенно важно осуществление экологического воспитания младших школьников, так как в данном возрасте закладываются основные качества личности, мировоззрение.

Данная проблема решается широким фронтом педагогической науки.

В исследованиях В.Н.Дикого, Е.М.Кудрявцевой, ЗЛІ.Плохого находит отражение необходимость специальных психологических и педагогических воздействий с целью воспитания бережного отношения школьников к природе. Данные исследования посвящены

изучению влияния природы на формирование нравственных качеств личности школьников.

Экологическое воспитание школьников в процессе трудового обучения рассмотрены в исследованиях Т.В.Денисовой, Н.Н.Пусто-вит, В.В.Сериковой. В этих работах определена сущность ответственного отношения к природе, акцентируют внимание на его действенном характере, стремлении школьника реализовать свое отношение в действиях. Г.В.Кирин рассматривает вопросы преемственности детского сада и школы в экологическом воспитании.

В своих психолого-педагогических исследованиях В.В.Давыдов, А.В.Запорожец, Н.Н.Подъяков и др. показывают, что у младших школьников можно успешно формировать обобщенные представления об окружающем мире, о связи между предметами и явлениями, взаимодействии общества и природы, т.е. целостности природы, взаимосвязи и взаимозависимости человека и природы, позволяющих осознать себя частью природы. Осознавши вышесказанное, человек психологически готов к экологически целесообразной антропогенной активности. Обращение к трудам и исследованиям Н.Н.Баранского, М.Н.Скаткина, П.В.Иванова, К.Ф.Строева, А.В.Миронова, М.И.Исахо-ва, Н.И.Изосимова и других, работы которых посвящены различным вопросам школьного краеведения, дало возможность удостовериться в недостаточном отражении использования краеведения в начальных классах, полнее отразить состояние методической концепции исследуемой проблемы.

На современном этапе краеведение требует экологической направленности, органической связи с нуждами, запросами и требованиями охраны природы. Новые требования и запросы, возникшие перед краеведением, дают в руки ключ к познанию региональных

особенностей общей проблемы защиты биосферы.

Вместе с тем практика показывает, что во многих школах все еще низок уровень знаний учащихся начальных классов о взаимосвязях между компонентами природы и человека, а также умений и навыков устойчивого и положительного поведения в природной среде. Крайне низок уровень сформированности экологической культуры. Это обусловлено недостаточным охватом младших школьников внеурочной деятельностью, слабой ее связью с учебным процессом, незначительной экологической направленностью, отсутствием эффективных систем краеведческой деятельности, максимально способствующей формированию экологической культуры. Преодоление этих негативных явлений требует оптимизации всей системы учебно-воспитательного процесса и его составного элемента внеурочной деятельности.

Анализ теоретической литературы и педагогического опыта решения этой проблемы свидетельствуют о наличии объективного противоречия между возникшей острой необходимостью в эффективной организации экологического воспитания в школе, разработке системы такого воспитания через внеурочные формы и с другой стороны отсутствием исследований, которые полно и на уровне современных требований, решалась бы проблема формирования экологической культуры младших школьников через внеурочную форму деятельности, в частности, через краеведение.

Данное противоречие и явилось проблемой, исходя из которой мы и сформулировали тему исследования . "формирование экологической культуры младших школьников в процессе краеведческой деятельности".

Целью исследования является выявление содержания, форм, видов, методов краеведческой деятельности, способствующие решению задач совершенствования экологического воспитания младших школьников.

В качестве объекта исследования выступает процесс формирования экологической культуры младших школьников.

Предмет исследования - краеведческая деятельность младших школьников в процессе формирования экологической культуры.

Гипотеза.

Эффективность формирования экологической культуры младших школьников в процессе краеведческой деятельности повышается, если:

в краеведческой работе руководствоваться комплексом личностных качеств, определяющий экологическую воспитанность ученика;

будет использовано такое содержание краеведческой деятельности, которое будет направлено на формирование экологической культуры младших школьников;

будут применяться формы, методы, виды краеведческой деятельности адекватные задачам и комплексу личностных качеств, определяющий экологическую воспитанность ученика;

осуществлять тесную взаимосвязь внеурочной деятельности, в частности краеведения, с учебным процессом по формированию экологической культуры младших школьников.

Выдвинутая гипотеза определила следующие задачи исследования:

1. Выявить и теоретически обосновтть структуру формирования экологической культуры личности ученика.

2. Вскрыть педагогические условия формирования экологичес-

кой культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности и на их основе разработать модель целостной системы работы по достижению исследовательской цели.

3. Экспериментально проверить эффективность модели системы работы по формированию экологической культуры младших школьников в процессе краеведческой деятельности.

Методологической основой исследования являются основные положения диалектики о единстве природы, человека и общества, психолого-педагогические концепции о ведущей роли деятельности как сложного и глубокого источника развития и формирования личности.

Труды В.И.Вернадского, В.Н.Сукачева, С.С.Шварца и других ученых о биосфере Земли, взаимодействии между собой природных сред живой и неживой природы.

Т^уды классиков педагогики: Ж.Ж.Руссо, Г.Песталлоцци, К.Д.Ушинекого, А.С.Макаренко, В.А.Сухомлинского, К.Насыри о роли природы в воспитании подрастающего поколения.

Труды педагогов-психологов: Л.И.Божович, М.Н.Скаткина, Н.Ф.Талызиной, В.С.Мухиной, А.А.Люблинской о закономерностях и особенностях организации воспитательной работы по данной возрастной группе.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:

теоретический анализ философской, психолого-педагогической литературы по проблеме исследования;

наблюдения за деятельностью учителей и учащихся в учебном процессе и во внеурочной деятельности, изучение опыта учителей, анализ собственного опыта, анализ школьных

учебников, учебных программ с целью изучения состояния проблемы. Анализ планов воспитательной работы; беседы с учителями и учащимися, анкетирование и интервьюирование;

- анализ материалов учебной и творческой деятельности младшых школьников.

Метод моделирования»

Педагогический ^эксперимент и статистическая обработка результатов.

Исследование проводилось в три этапа.

Первый этап - 1990-1992 г.г. - анализ философской, научной психолого-педагогической, учебно-программной документации; изучение состояния проблемы в общеобразовательных школах. Определена проблема и предмет исследования; конкретизирована тема исследования. Составление методики исследования, проведение констатирующего эксперимента (проведение контрольных срезов, бесед, анкетирование учащихся и учителей).

Второй этап - 1992-1995 г.г. - поисковый и обучающий эксперимент, в ходе которого было продолжено изучение научно-педагогической и методической литературы; проверялась эффективность разработанной системы мер, способствующих экологическому воспитанию младших школьников.

Третий этап 1995-1996 г.г. <- обобщение результатов проведенного исследования, статистическая обработка полученных данных эксперимента, разработка методических рекомендаций.

Научная новизна.

I» Выявлен комплекс личностных качеств, определяющий экологическую воспитанность ученика.

2. Разработана структура формирования экологической культуры личности школьника.

3. Определены дидактические условия формирования экологической культуры младших школьников в процессе краеведческой деятельности.

4. Разработана модель системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности.

Теоретическая значимость.

Раскрытие в диссертации сущности, особенностей и структуры формирования экологической культуры личности школьника, содержательный и процессуальный сторон этой культуры, вносят в определенной мере вклад в развивающуюся педагогическую теорию экологического воспитания учащихся общеобразовательной школы.

Практическая значимость.

Разработанные и апробированные на практике методические материалы и рекомендации по формированию экологической культуры в процессе краеведческой деятельности способствуют вооружению учителей начальных классов эффективной системой работы по экологическому воспитанию детей посредством краеведческой деятельности; могут быть использованы при подготовке студентов педагогического колледжа, педагогических училищ и педагогических институтов педагогического отделения начальных классов к работе

по экологическому воспитанию младших школьников , в институтах повышения квалификации учителей.

Достоверность результатов статистически доказана.

На защиту выносятся:

1. Структура формирования экологической культуры личности ученика.

2. Педагогические условия формирования экологической культуры младших школьников.

3.Модель системы работы по формированию экологической культуры младших школьников в процессе краеведческой деятельности.

- II -

ГЛАЗА I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛ01МЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЕЖИ В ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ НАУКЕ И ШКОЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ

I.I. История развития содержания экологического воспитания учащейся молодежи

Проблема экологического воспитания школьной молодежи была поставлена давно. Она развивалась и решалась вместе с развитием педагогической науки и школьной практики.

Первыми представителями педагогической науки, уделившие внимание воспитанию ребенка в тесной связи с природой были итальянские гуманисты, в частности, Витторино да Фельтре основал впервые школу, названную Домом радости для воспитания детей, максимально используя природу как средство образования и воспитания.

Впервые роль природы в нравственно-эстетическом развитии ребенка раскрыли великие педагоги прошлого: Ж.Ж.Руссо, Г.Пес-таллоцци, Ф.Дистервег, А.І^гмбольдт.

Я,А.Коменский в целях сближения детей с предметами и явлениями природы, создал замечательную книгу "Зидимый мир в картинках". "Обучение должно начинаться, - по мнению Я.А.Коменского, - не словесным описанием предмета, а через его непосредственное ознакомление. В этот процесс ознакомления предметов и явлений природы должны быть включены все органы чувств" (95). Учение Я.А.Коменского - лучшее подтверждение того, что природное краеведение выполняет исключительную роль в общеобразовательном процессе и воспитании.

Ж.Ж.Руссо в деле воспитания ребенка исключительное значение придавал наблюдению за живой природой, т.к. дети лучше воспринимают живые образы, чем идеи. Поэтому он требовал близости детей к природе, развития умения и навыков наблюдательности, изучение природы "через живую книгу". Природа со своим многообразием - самое интересное воспитательное средство. Людей, беспощадно уничтожающих богатство леса, истребляющих растения и животных, Ж.Ж.Руссо сравнивал с хищниками. Никогда не следует забывать, что беспощадное, хищнически-бездумное отношение к природе способствует развитию у детей душевной черствости и диких инстинктов.

В России проблеме экологического воспитания впервые достаточное внимание было уделено в деятельности, работах Ушинско-го К.Д. В частности в статье "Что делать с нашими детьми" в содержании обучения большую роль придавал естествознанию, указывая на его воспитательное и образовательное значение.

Против узкого практицизма и утилитаризма, а также формально-словесного изучения природы и бездушного отношения к ней, выступали такие просветители как В.Г.Белинский, А.й.Герцен, Н.А.Добролюбов, Д.И.Писарев, Н.Г.Чернышевский. Они ратовали за введение в школе полноценных знаний о природе, подчеркивая их влияние на формирование моральных качеств личности, которые определяют поведение человека в природе.

Огромный вклад в постановку школьного естествознания внес великий ученый К.А.Тимирязев. Он требовал, чтобы школа организовывала экскурсии и знакомила детей со своим краем, его природой, богатством и красотой.

- ІЗ -

Идеи К.Д.Ушинского о воспитательной ценности общения ребенка с природой развивали и обогащали А.Я.Гердт, А.П.Павлов, Б.Е.Райков, В.А.Сухомлинский, Н.А.Рыков, К.Насыри и другие педагоги.

Экология за последние десятилетия обогатилась новыми знаниями, приобрела интегральный характер и стала наукой, которая затрагивает все сферы экономической, социальной и духовной жизни человека и общества. Поэтому не случайно образование в области окружающей среды официально признано сегодня как одно из приоритетных направлений совершенствования образовательных систем.

Экологическое образование становится фактором, обеспечивающим развитие экономики и общества в целом и является основой формирования нового образа жизни, характеризующегося гармонией в отношениях человека с окружающей средой. Общей целью экологического образования и воспитания становится формирование экологической культуры (92).

В отечественной педагогике при определении целей и задач природоохранительного просвещения учитывается прежде всего закон материалистической диалектики о всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в природе и обществе. Раскрыть единство триады "природа-человек-общество", считает И.Д.Зверев, - задача общая для всех предметов естественнонаучного, общественно-политического и гуманитарного циклов (67).

Такой подход позволяет проследить взаимосвязь составляющих элементов и выявить основные противоречия между человеком, обществом и природой.

J.Koritschke и E.Essers [125] вводят понятие коэффициента динамичности, представляющего отношение полной нагрузки от колеса к статической. Значение этого коэффициента зависит от загруженности автомобиля. Для грузовых автомобилей при полной (номинальной) нагрузке он составляет 1,4-1,8, для ненагруженного - 2,0-2,4. При увеличении скорости движения коэффициент динамичности возрастает сначала быстро, затем медленнее. При высоких скоростях его значение остается практически постоянным.

При проведении натурных экспериментов, включающих в себя проезд различных автомобилей по неровным участкам усовершенствованных покрытий, Бабков В.Ф.[5] установил, что с увеличением скорости движения, давление колеса на дорожное покрытие увеличивается в 2-3 раза (рис. 1.1.1).

Скорость, км/ч

Результаты массовых опытов по измерению давления колеса на дорожное покрытие при движении по очень неровной поверхности

Рис. 1.1.1

Исследования по определению коэффициента динамичности и зависимостей динамического давления от типов покрытия и массы автомобилей проводились в Германии профессором Р. Коеслером [124].

_(Л) Эксперименты проводились на реальных автомобильных дорогах и на

специальном оборудовании в лабораторных условиях немецкими учеными исследователями.

Коэффициент динамичности по данным Коеслера при нормальной загрузке автомобиля зависит от состояния покрытия и скорости движения автомобиля.

Ровное битумоминеральное покрытие:

KZ =1,350 + 0,0092(^-25); (1.1.2)

,-, неровное битумоминеральное покрытие:

KZ^C =l,41 + 0,0024(u-25); (1.1.3)

мостовая с неудовлетворительной ровностью:
KZ^C =1,350 + 0,0092(^ - 25). (1.1.4)

Из полученных графических зависимостей (рис. 1.1.2) следует, что при проезде автомобиля по ровной поверхности динамические перегрузки не за-

,ф висят от типа покрытия. Но если покрытие находится в неудовлетворитель-

ном состоянии, цементобетонное покрытие испытывает перегрузку на 25-50 % большую, чем асфальтобетонное. Это связано с тем, что цементобетонное покрытие не обладает демпфирующими свойствами.

Различие коэффициентов динамичности при проезде легкового и грузового автомобилей по асфальтобетонному и цементобетонному покрытию приведены на рис. 1.1.3.

Ш Из приведенного графика видно, что при увеличении скорости движе-

ния, у легкового автомобиля коэффициент динамичности возрастает более интенсивно, чем у тяжелого вследствие меньшей массы кузова и различие между коэффициентами динамичности составляют 20-30 %.

-— хорошее цем бет. покрытие

"- хорошее а/6ет покрытие '

плохое а/бет покрытие

цен. бет. покрытие

Изменение коэффициента динамичности легкового автомобиля на «хороших» и «плохих» покрытиях в зависимости от скорости движения

Рис. 1.1.2

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 V, км<час

Различие коэффициентов динамичности легкового (верхний график) и грузового (нижний график) автомобилей (по Коеслеру)

Рис. 1.1.3

В результате проведенных экспериментов по определению коэффициентов динамичности А.Р. Рзаевым [84] было установлено влияние формы и размера отдельных коротких неровностей проезжей части на динамику автомобиля и сделан вывод о том, что увеличение динамического давления колеса на покрытие возникает с ростом радиуса цилиндрической неровности, давления воздуха в шинах и скорости движения автомобиля.

В 70 - 80-е годы 20 столетия Малофеев А.Г. [64] делает вывод о том, что наибольшая нагрузка на дорожную одежду наблюдается при проезде коротких неровностей, имеющих длину от 1,3 до 2,1 м, то есть таких неровностей, которые при средней скорости движения потока 50-60 км/ч (данные на 70 - 80-е годы) вызывают интенсивные колебания колес (8,0 - 12,0 Гц). Он признает величину коэффициента динамичности подвижной нагрузки равную 1,50 в качестве предельной величины при действующих нормах ровности покрытий эксплуатируемых автомобильных дорог при существующем подвижном составе.

Изучение колебательной системы автомобиля позволило А.Г. Мало-фееву сделать часть выводов, согласующихся с результатами ряда других исследователей.

При малых скоростях движения перемещения подрессоренной и не-подрессоренных масс совершаются синхронно и ускорения масс имеют одинаковые значения, близкие к нулю, вертикальное давление равно статической нагрузке.

Увеличение скорости движения приводит к выделению колебаний подрессоренной массы на рессорах с частотой 1-2 Гц, соответствующей собственной частоте колебаний подрессоренной массы. При этом синхронность колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс нарушается. Подрессоренная масса имеет большие амплитуды колебаний, которые могут превышать высоту неровности. При этом величина динамического воздействия возрастает.

Дальнейшее повышение скорости движения приводит к появлению более высокочастотных колебаний с частотой 7-10 Гц, интенсивность которых достигает максимального значения при высокочастотном резонансе, когда в наибольшей мере проявляются инерционные силы неподрессоренных масс. Вертикальное давление при этом имеет максимальное значение.

Увеличение нагрузки при давлении воздуха в шине выше нормального приводит к некоторому увеличению максимального давления, так как при этом площадь контакта колеса с покрытием изменяется в меньшей мере, чем нагрузка. При пониженном давлении наблюдается обратное явление: площадь отпечатка изменяется сильнее, чем нагрузка на колесо. При номинальном давлении эта зависимость близка к линейной [44].

Исследованию динамичности подвижных нагрузок посвящены работы проф. Смирнова А.В. [91, 92 ,93 ,94 ,95]. Смирнов А.В. классифицировал виды неровностей проезжей части, в том числе и случайных, и значения динамических сил и колебаний, возникающих в контакте "шина-поверхность покрытия" на основе положений теории колебаний автомобиля. Установил значения критических скоростей соударения колес с покрытием при проезде неровностей различной длины и формы и определил величины частот, импульсов и максимальных нагрузок на покрытие в зависимости от скорости движения автомобильного транспорта.

Исследования, проведенные в ДорТрансНИИ под руководством проф. Илиополова С.К. [72, 29, 30, 31 ,73, 32, 33, 34, 74, 75, 107, 35, 36, 37, 108, 68, 69, 70, 38], позволили провести анализ динамических процессов в элементах системы «дорожная конструкция - грунт». При этом принимались в расчет сопутствующая движению вибрация и неровности покрытия автодорог. Проведенные исследования показали, что с увеличением скорости движения транспортных средств порядок возмущений возрастает. Учет сопутствующей движению вибрации и даже минимальных неровностей покрытия приводит к многократному увеличению вклада динамических процессов в напряженно-деформированное состояние дорожных конструкций. При этом зависимость

20 его характеристик от скорости движения и сопутствующих факторов не линейна.

Экспериментальные исследования показали [31], что при прохождении транспорта в дорожной конструкции генерируются достаточно интенсивные колебания в широком частотном диапазоне (до 2 килогерц). С ростом частоты, колебания все более локализуются вблизи полосы наката. Увеличение скорости движения приводит к расширению частотного спектра воздействия. Важным при оценке воздействия транспортного потока является тот факт, что для дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием воздействие передней и задней осей расчетного автомобиля может рассматриваться как независимое при скорости движения нагрузки до 20 км/час. При высоких скоростях движения воздействие нескольких осей транспортного средства превращается в единый процесс кратковременного нагружения.

Влияние дорожных условий на колебания ходовой части подробно рассмотрел Бомхард [115]. Реакция подвески автомобиля на толчки со стороны дороги близка к реакции покрытия на толчки и удары колес. Коэффициенты динамичности в опытах Бомхарда составляют 0,25 - 1,75, что свидетельствует о пульсации давления на покрытие автомобильных дорог.

Исследуя вертикальные динамические реакции, В.Н. Кравец [56] отмечает, что динамическая реакция колеса и покрытия дороги пропорциональна высоте неровностей и скорости движения автомобиля. Им установлено, что при совпадении одной из собственных частот колебаний автомобиля с частотой вынужденных колебаний при определенной длине и высоте неровности (в качестве возмущающего воздействия) динамическая составляющая может стать равной статической, что приводит к увеличению давления на покрытие в 2 раза, т.е. К_дин = 2.

Таким образом, согласно экспериментальным данным отечественных и зарубежных исследователей, значения коэффициентов динамичности находятся в широком диапазоне. На рис. 1.1.4 представлены экспериментальные

21 данные отечественных и зарубежных исследователей по определению значения коэффициентов динамичности подвижных автомобильных нагрузок [93].

О 10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90 100 V,^

т - Кравец В.Н. (хорошие дороги); Ж - Р. Кеслер (хорошие дороги); О - Э. Албат (3-х осные грузовики); - теоретическая кривая; - Р.В. Ротеиберг; + - Рзаев А.Р.; А - Крицук З.А.; - Бомхорд (хорошие дороги); - Бом-хорд (плохие дороги); О - Сибади (хорошие дороги).

Значения коэффициентов динамичности по данным разных авторов

Рис. 1.1.4

Полученные результаты отличаются по своим значениям друг от друга, однако приводят к выводу о необходимости учета подвижного характера автомобильной нагрузки путем увеличения статической нагрузки на величину максимального коэффициента динамичности.

Различие полученных результатов среди авторов, изучающих динамическое воздействие, связано со следующими причинами:

- исследования проводились авторами, прежде всего, для оценки плавности хода автомобиля, а не динамического воздействия транспортного по-

22 тока на дорожную конструкцию. Для полного и объективного исследования работы дорожной конструкции при воздействии транспортных средств, движущихся по поверхности, имеющей неровности, необходимо особое внимание уделять адекватному описанию динамического воздействия;

при проведении экспериментальных исследований авторы использовали различные показатели ровности покрытий. Исходя из этого, необходимо установить показатели ровности, наиболее точно оценивающие влияние эксплуатационного состояния дорожного покрытия на динамические перегрузки воздействия транспортных средств;

при изучении взаимодействия движущегося автомобиля и дорожной конструкции недоучитываются некоторые важные факторы, связанные с особенностями работы колебательной системы автомобиля, при движении на различных скоростях по неровной поверхности.

Таким образом, исследование динамического воздействия транспортных средств на автомобильную дорогу в современных условиях высокоинтенсивного скоростного движения является важной и актуальной задачей, что также отмечается в работах многих авторов [116, 128, 117, 43, 65, 82, 83, 85, 102, 105, 113, 114, 122, 123, 106, 109, 127, 133]. Для реализации этой цели назревает необходимость разработки математических моделей взаимодействия «автомобиль - дорога», позволяющих определять динамические перегрузки, возникающие при движении транспортного средства с учетом его скорости, определять распределение динамических нагрузок между осями автомобиля и прогнозировать динамическое воздействие транспортных средств, при ухудшении показателя ровности. Моделирование как способ исследования взаимодействия автомобиля и дорожного покрытия позволяет просчитывать снижение динамического воздействия транспортного потока при выполнении различных эксплуатационных и организационных мероприятий.

1.2 Оценка влияния динамического воздействия транспортных средств

на долговечность дорожных конструкций

Основной задачей работников дорожного хозяйства является обеспечение долговечности дорожных конструкций. Важным фактором при этом служит поддержание транспортно-эксплуатационных показателей автомобильной дороги в хорошем состоянии. Как отмечалось ранее, величина динамического давления автомобильного транспорта на покрытие зависит от множества факторов, основополагающим из которых является ровность дорожного покрытия. Движение по неровному покрытию сопровождается ударами, колебаниями колес и кузова автомобиля, что обуславливает увеличение динамических перегрузок на дорожные конструкции.

Основными показателями эксплуатационного состояния дорожных одежд и покрытий в нашей стране приняты показатели прочности дорожной одежды и ровности покрытия. Как отмечается в работах исследователей [2, 3, 14, 15, 21, 42, 45, 52, 53, 54, 78, 79, 100, 111], ровность во многом влияет на скорость движения автомобилей, себестоимость перевозок и транспортные расходы. Поэтому необходимо более тщательно рассмотреть процесс снижения ровности со временем, и причины по которым образуется данное явление.

На первом этапе изменение ровности может происходить, главным образом, за счет доуплотнения грунта земляного полотна и слоев дорожной одежды. Ухудшение ровности в этот период связано с тем, что накопление деформаций в процессе доуплотнения происходит неравномерно, так как грунты земляного полотна и материалы слоев дорожной одежды имеют определенную неоднородность по плотности и влажности.

Второй этап характеризуется постепенным ухудшением ровности под воздействием транспортной нагрузки и климатических факторов. Основные деформации на поверхности дорожной одежды складываются из деформаций покрытия, основания и грунта земляного полотна. В данный период проис-

24 ходит существенное ослабление несущей способности дорожной одежды за счет повышения интенсивности износа и различных видов деформаций, особенно трещин в верхних слоях покрытий, что значительно снижает распределяющую способность всей конструкции.

На третьем этапе резкое ухудшение ровности дорожной одежды происходит в результате увеличения транспортных нагрузок и частоты их приложения в процессе ударного взаимодействия колес автомобиля с покрытием, за счет деформаций поверхности дорожной одежды, активного проявления старения материалов и усталостных разрушений.

Гиперболическая кривая, описывающая изменение ровности покрытия в процессе эксплуатации согласуется с характером изменения прочности дорожной одежды и схемой изменения надежности работы автомобильной дороги [23] (рис. 1.2.1).

Ровность покрытия

So Si S?

Срок службы дорожной одежды

So - начальная ровность после строительства; Si - ровность к концу первого периода; S2 - ровность к концу второго периода.

Гиперболическая кривая изменения ровности покрытия в процессе эксплуатации

Рис. 1.2.1

В то же время при прогнозировании снижения ровности дорожных покрытий не следует недоучитывать и воздействие легких грузовых автомоби-

25
^ лей и даже легковых, которые мало влияют на изменение общей прочности

дорожной одежды, но оказывают существенное влияние на нарушение деформационной устойчивости покрытий, а следовательно и на его ровность. Изменение степени ровности и величины динамического воздействия можно охарактеризовать по закономерностям изменения микропрофиля покрытия.

Долговечность дорожных конструкций, образование и развитие деформаций и разрушений в системе „дорожная конструкция-грунт", во многом зависит от начальной ровности покрытия.

Исследования влияния первоначальной ровности на долговремен-
^:0 ную работу покрытия, сделанные господином Джаноффом по заказу ком-

пании Astec Industries, привели к следующим результатам:

1. Покрытия с улучшенной начальной ровностью в течение 10 лет после строительства остаются более ровными.

2. Покрытия с улучшенной начальной ровностью в течение 10 лет после строительства имеют меньший уровень образования трещин.

3) Покрытия с улучшенной начальной ровностью в течение 10 лет по-
* еле строительства имеют меньшие средние ежегодные расходы на

обслуживание.

Результаты исследований приведены на графиках (рис. 1.2.2-1.2.7),
где представлены зависимости ухудшения ровности покрытия, уменьше
ние растрескивания проезжей части, а также средние ежегодные расходы
на обслуживание в течение длительного периода времени в зависимости
от начальной ровности. В работах [7, 8] отмечено, что при прочих равных
ф условиях, на участках дорог, введенных в эксплуатацию с низким качеством

покрытия по ровности, ее ухудшение происходит в два раза быстрее, чем на участках с хорошей начальной ровностью.

Многочисленными исследованиями, выполненными как в нашей
стране, так и за рубежом [24, 19, 134, 129, 131, 132, 1, 17, 25, 26, 39, 42, 71,
104, 112], установлено, что надёжность по прочности дорожного покры-
^ тия можно выразить через ее ровность в течение заданного срока

Ухудшение ровности покрытия в

зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.2

Состояние покрытия в

зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.3

высокая оценка

-ш. UL..-аг ''

Средние ежегодные расходы на

обслуживание в зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.4

Средние ежегодные расходы на

содержание в зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.5

Уменьшение растрескивания

в зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.6

Состояние покрытия

в зависимости от

начальной ровности

Рис. 1.2.7

27 службы. Требуемая ровность дорожного покрытия во времени не может быть достигнута без обеспечения соответствующего запаса прочности [49, 47, 48, 46]. Наиболее обоснованным с позиции обеспечения надежности дорожного покрытия по прочности являются методы оценки ровности, которые используют показатели, прямо или косвенно зависящие от показателей прочности дорожной одежды.

Данные экспериментальных исследований, проведенных В.В. Кузьминым [63], свидетельствуют о наличии зависимости ровности дорожных одежд от её прочности. Выявление подобного рода взаимовлияния позволило сделать предположение, о том, что на основе измерений ровности дорожного покрытия можно судить о прочности покрытия и более обоснованно планировать ремонтные мероприятия при эксплуатации автомобильных дорог.

По мнению некоторых исследователей [63] в процессе эксплуатации дорожной одежды по мере появления различных деформаций возрастает нерав-нопрочность дорожной одежды и ухудшается ровность (возрастает показатель ровности по толчкомеру, см/км). Одновременно происходит значительное снижение численных значений модулей упругости дорожной одежды, поскольку показатель отношения площади деформированных участков дорожной одежды к общей её площади на рассматриваемом участке по своей сущности является вероятностной величиной и представляет собой внешнее проявление отказа дорожной одежды по прочности. Надежность дорожной одежды по прочности можно представить как вероятность того, что площадь, неподверженная остаточным деформациям, влияющим на снижение скорости (изменение показателя ровности), будет не ниже определённой величины по отношению ко всей площади. Иными словами, надёжность по прочности целесообразно характеризовать через вероятность отсутствия остаточных деформаций (отсутствие увеличения показателя ровности по толчкомеру), влияющих на скорость движения автомобильного транспорта. С возрастанием вероятности появления более низких модулей упругости вследствие большой неоднородности дорожной одежды происходит снижение рацио-

28 нальной величины надёжности и ухудшение ровности дорожного покрытия (увеличение показателя ровности по толчкомеру см/км), тем самым вызывается необходимость увеличения коэффициента запаса прочности дорожной одежды.

Факт существования зависимости изменения ровности дорожной одежды от ее прочности, первоначальных значений ровности, суммарной грузонапряженности и других факторов подтвержден многими исследователями. А.К. Бируля показал, что ухудшение ровности наблюдается в весенний период оттаивания слоев дорожной одежды и земляного полотна. Им отмечается повышение показаний толчкомера в летний период года в основном на спусках и подъемах, вследствие пластических деформаций асфальтобетонного покрытия при высоких температурах. Ровность дорожной одежды изменяется в зависимости от технологии и качества строительства, от величины нагрузки, возникающей от автомобиля и от погодно-климатических факторов.

В. И. Косенковым [55] установлена связь между прочностью и ровностью дорожной одежды.

где S - ровность дорожной одежды во времени ее эксплуатации см/км;

S₀ - начальная ровность дорожной одежды см/км;

A, b, а — коэффициенты управления регрессии, определяемые опытным путем;

N_c - суммарное количество прошедших расчетных автомобилей авт;

Е - средний модуль упругости дорожной одежды, МПа.

Данная зависимость учитывает только начальную ровность покрытия, средний модуль упругости дорожной одежды, постоянный во времени и суммарное количество прошедших расчётных автомобилей. Для определения коэффициента управления регрессии (А, Ь, а) необходимо каждый раз производить значительные экспериментальные исследования, что снижает возможность широкого применения зависимости.

29 С. С. Кизима [87, 88] в своих исследованиях получил формулу для прогнозирования изменения ровности дорожной одежды во времени в зависимости от ее прочности, срока службы, интенсивности движения.

- 0.023h + (0.02 + 0.0035g)t]; (1.2.2)

So начальная ровность дорожной одежды в момент сдачи в эксплуатацию см/км;

t - текущая координата времени в годах;

В - ширина проезжей части дороги, м;

b - дорожно-климатическая зона;

h - приведенная толщина слоев дорожной одежды, м;

К - коэффициент, учитывающий характер увлажнения местности;

К_н - коэффициент неоднородности прочности дорожной одежды;

К_пр - коэффициент запаса прочности дорожной одежды;

t_c - показатель структурной прочности несущего слоя;

N_p - интенсивность движения в расчётных автомобилях;

q - процент ежегодного прироста интенсивности движения

Формула, .предложенная С. С. Кизимой, является наиболее универсальной и учитывает большее количество факторов, влияющих на изменение ровности покрытия. Но прочность дорожной одежды, выраженная коэффициентом запаса, также постоянна во времени. К недостаткам этой формулы можно отнести то, что она не учитывает фактическое состояние дорожной одежды.

Зависимость между ровностью и прочностью дорожной одежды, по результатам работы [88], приведена на рис. 1.2.8

Ю.В. Слободчиковым [89] получена экспериментальная зависимость средней ровности битумоминеральных покрытий от суммарной грузонапряженности. Данные эксперимента, выполненного в северных областях Казах-

стана, не отражают влияния прочности одежд на процесс изменения ровности и поэтому носят ориентировочный и сугубо региональный характер.

Зависимость ровности от прочности дорожной одежды с покрытием усовершенствованного типа.

Рис. 1.2.8

Исследования, проведённые О. А. Красиковым [60, 57, 58, 59], свидетельствуют о том, что деградация ровности дорожной одежды во времени происходит быстрее на тех участках дороги, где выше начальная неровность, даже при больших запасах прочности. Это означает, что там, в большей степени развивается ударное воздействие колёс автомобиля на поверхность дорожной одежды, что влечёт за собой быстрое развитие уже существующих деформаций, увеличение площади деформационных участков дорожной одежды и ухудшение ровности при прочих равных условиях.

Зависимость О. А. Красикова хорошо описывает процесс деградации ровности покрытия, однако носит явно эмпирический характер и применение ее в районах, отличительных от 5 ДКЗ, для условий которых была получена эта формула, требует больших экспериментальных исследований по определению параметров зависимости.

31 А. Аблакумовым [50, 51] на основе экспериментальных исследований для условий жаркого климата ( 5 дорожно-климатической зоны), была предложена зависимость изменения ровности дорожных одежд, сходная с результатами исследований О. А. Красикова.

А.Г. Малофеевым [64] построена номограмма, позволяющая также получить коэффициент динамичности К_д. Номограмма построена на 12 лет.

Результаты измерения ровности покрытий в процессе эксплуатации [90]
хорошо аппроксимируются экспоненциальной зависимостью вида
S_T = S₀e^c
* где So - показатель ровности покрытия в начальный период эксплуата-

ции;

S_T - показатель ровности в рассматриваемый период Т; с - коэффициент, характеризующий степень изменения ровности в процессе эксплуатации.

При изучении проблемы прогнозирования эксплуатационных сроков
автомобильных дорог в зависимости от ровности покрытия учеными МАДИ
ф (ТУ) [4] были сделаны следующие выводы:

- средняя интенсивность износа (роста критерия IRI) для дорог I и II ка
тегорий с асфальтобетонным покрытием в случае, когда не нарушена грубо
технология строительства, равна 4,5 - 5,0 % в год. Выполнение норм СНИПа
на ровность автомобильной дороги обеспечивает значение IRI, равное 2,0 -
2,5 мм/м, и его можно рассматривать как начальное значение критерия ров
ности IRI. Капитальный ремонт дорог I и II категорий необходим при дости-

М жении IRI значения 5,5 - 6,0 мм/м, поэтому эксплуатационный срок службы

таких дорог будет 18-20 лет. Это соответствует статическим данным по эксплуатационным срокам службы автомобильных дорог с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями в США и Германии [86];

- рост критерия ровности происходит в геометрической прогрессии со
знаменателем равным увеличению показателя ровности за год;

32 - ухудшение ровности происходит в основном в области коротких неровностей (0,7 - 3,5 метров), а также, в меньшей степени, средних неровностей (5 - 40 метров). Если при сооружении автомобильной дороги соблюдены все строительные нормы и правила, то изменение неровности в области длинных неровностей (50 - 100 метров) может быть вызвано только годовыми температурными вариациями и вариациями влажности, а также неоднородностью земляного полотна. Таким образом, растет степень неоднородности участков дороги.

Анализ литературных источников позволяет сделать следующие выводы:

3. Величина динамического давления автомобильного транспорта на покрытие зависит от множества факторов, основополагающим из которых является ровность дорожного покрытия.

4. Основными показателями эксплуатационного состояния дорожных одежд и покрытий в нашей стране приняты показатели прочности дорожной одежды и ровности покрытия. Ровность во многом влияет на скорость движения автомобилей, себестоимость перевозок и транспортные расходы.

5. Разработаны методики прогнозирования деградации ровности в зависимости от прочности дорожной одежды, первоначальных значений ровности покрытия, суммарной грузонапряженности и ряда других факторов.

6. При прочих равных условиях, на участках дорог, введенных в эксплуатацию с низким качеством покрытия по ровности, ее ухудшение происходит в два раза быстрее, чем на участках с хорошей начальной ровностью.

7. При прогнозировании долговечности дорожных конструкций необходимо учитывать реальные динамические нагрузки от движущегося автомобильного транспорта.

33 1.3 Анализ используемых показателей ровности в Российской федерации

и за рубежом

Технико-экономические расчеты на различных этапах дорожного строительства предусматривают оценку транспортно-эксплуатационных расходов, в том числе себестоимость перевозок автомобильным транспортом. Значительную часть себестоимости перевозок составляют затраты на приобретение топлива для автомобилей. Расход топлива двигателем автомобиля, помимо его конструктивных особенностей во многом определяется и дорожными неровностями [67]. При нынешнем состоянии дорожной сети автомобиль расходует почти в 1.5 раза больше горючего, чем в развитых зарубежных странах. Стоимость эксплуатации автомобилей возрастает в 2.5 - 3.5 раз (рис. 1.3.1, 1.3.2), срок службы автомобильных шин сокращается в 1.15-1.8 раза, срок службы автомобиля уменьшается на 30 % [20].

Только за счет средних скоростей движения на дорогах России, которые более чем в 2 раза ниже, чем в Европе (80 км/ч), стоимость перевозки грузов выше на 20 %. В результате перечисленных причин Российская Федерация имеет самый высокий удельный показатель транспортной составляющей в себестоимости продукции, который в отдельных отраслях превышает 50 %.

В целом, общая упущенная выгода экономики России от бездорожья и плохого состояния дорог оценивается более чем в 60 трлн. руб. в год [20].

Особое внимание заслуживает вопрос безопасности дорожного движения, к которому относится негативное воздействие вибрации и колебаний автомобиля при проезде по неровностям на общее самочувствие водителя и пассажиров.

Автомобиль, движущийся по дороге с неровной поверхностью, представляет собой колебательную систему. Колебания, вызванные неровной поверхностью дороги, воздействуют на людей находящихся в автомобиле и отражаются на важнейшей характеристике водителя как оператора-

отл. 2,3 м/км

удовл. 6,9 м/км

плохая 9,3 м/км ровность покрытия

Влияние ровности дорожного покрытия на затраты на ремонт автомобилей.

Рис. 1.3.1

хор. 4,6 м/км удовл. 6,9 м/км плохая 9,3 м/км

ровность покрытия

Влияние ровности дорожного покрытия на себестоимость перевозок

35 на безошибочности его действия, его «надежности». Это определяется, в частности, ускорениями, которые он испытывает в продольном, поперечном и вертикальном направлениях.

Водитель и пассажиры оценивают плавность хода субъективно, на основе собственных ощущений. Ощущения людей и наступающее утомление связано с ускорениями колебаний и их повторяемостью.

При оценке воздействия неровности покрытия на колебания автомобиля с точки зрения безопасности движения важнейшими показателями служат психофизиологические реакции, непосредственно влияющие на работоспособность человека и надежность выполнения им требуемых операций.

Процесс ручного управления машиной во многом зависит от способности водителя принимать, анализировать информацию, вырабатывать командные сигналы и, наконец, от возможности передавать эти сигналы на органы управления машины. Каждое из описанных звеньев процесса управления реализуется работой различных систем организма человека. Все функциональные системы организма по-разному реагируют на экстремальные воздействия (в частности на действия колебаний).

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения скоростей движения автомобилей при повышении комфортности передвижения. Многие автомобилестроительные компании направляют усилия не только на совершенствование подвески автомобиля, но и на введение дополнительных ступеней подрессоривания (подрессоривание кабины относительно рамы и специальные сидения, имеющие собственную систему подвески). В результате чего при проезде через неровность или совокупность неровностей теряется связь между водителем и реакцией автомобиля, что в экстремальных ситуациях (например, отрыв колес автомобиля от покрытия) при высоких скоростях движения (более 100 км/ч) может привести к неадекватному восприятию водителем ситуации на дороге и повлиять на безопасность движения.

Тело человека можно условно рассмотреть как своеобразную колеблющуюся систему [66], поскольку под воздействием вибрации части тела человека перемещаются относительно друг друга с амплитудами, зависящими от источника колебаний и массы органов. Относительные перемещения частей тела приводят к напряжениям в связках и к взаимному соударению и надавливанию.

Двигательная активность человека при действии ускорений может оказываться нарушенной; движения в крупных суставах ограничиваются уже при 6-8 g. Продолжительные колебания человека с частотой 3-5 Гц негативно отражается на вестибюлярном аппарате, сердечно-сосудистой системе и вызывают синдром укачивания, частоты колебаний 5-11 Гц вызывают расстройства вследствие резонансных колебаний головы, желудка, кишечника. При частотах 11-45 Гц ухудшается зрение, возникает тошнота, рвота, нарушается нормальная деятельность других органов. Повреждения сосудов головного мозга, расстройство циркуляции крови и высшей нервной деятельности с последующим развитием вибрационной болезни могут возникнуть при частотах более 45 Гц.

При исследовании влияния колебаний и вибрации на человека можно выделить следующие типичные нарушения нормального состояния организма: ухудшение управления дыханием; нарушение координации движения рук; увеличение времени реакции кисти; ухудшение способности слежения, ослабление внимания; уменьшение остроты зрения; дрожание рук, дрожание всего тела; ухудшение прицельных движений.

Таким образом, неудовлетворительное состояние дорожной одежды и резкое ухудшение ровности дорожного покрытия способствует накоплению и развитию множества негативных факторов и явлений. К ним относятся увеличение себестоимости перевозок, повышение расхода топлива, сокращение срока службы автомобильных шин, увеличение стоимости эксплуатации автомобиля и расходов на его ремонт, ухудшение экологического состояния окружающей среды, высокий уровень аварийности и т.д.

Исходя из вышеперечисленных факторов, главной задачей работников дорожного хозяйства является необходимость поддержания автомобильной дороги в хорошем состоянии, повышение долговечности и увеличение межремонтных сроков автомобильной дороги. Для этого, в частности, необходимо правильно и своевременно проводить диагностику автомобильных дорог в период эксплуатации.

Ровность поверхности дорожных покрытий в нашей стране начали оценивать с тридцатых годов XX века. При этом исходили из того, что ровность должна определяться показателем, характеризующим плавность, удобство и безопасность движения автомобиля с расчетной скоростью. Т.е. характеристиками, направленными, главным образом, на комфорт передвижения пассажиров в движущемся автомобиле. Нас же, в большей степени, интересует оценка ровности покрытия с позиции повышения долговечности дорожной конструкции путем своевременного проведения ремонтно-восстановительных работ, исходя из прогнозируемого динамического воздействия транспортного потока на поверхность автомобильной дороги. Таким образом, немаловажным фактором в повышении долговечности дорожной конструкции служит уменьшение динамического давления на покрытие от проезжающего транспорта.

Рассмотрим преимущества и недостатки приборов измерения ровности с позиции поставленной цели исследования.

В мировой практике известно более 50 конструкций приборов для измерения ровности покрытия [7, 8 ,98, 62, 96, 76, 80, 81, 101, 103, 18, 16, 27, 40, 41, 118, 120, 121]. Существующие методы и приборы контроля ровности дорожных покрытий в зависимости от принципа действия можно разделить на три группы:

1) приборы, в основу которых положен принцип регистрации геометрических параметров поверхности автомобильной дороги (используются методы непосредственного перемещения);

2. приборы, в основу которых положен принцип регистрации амплитуды, ускорения кузова или перемещений отдельных элементов движущегося автомобиля под воздействием неровностей покрытия (импульсные методы);

3. приборы, в основу которых положен принцип динамического преобразования продольного профиля дороги (инерционные методы).

К приборам первой группы относятся рейки различных конструкций, профилометры, виографы, профилографы, уклономеры, нивелиры, электронные рейки и т.д. С использованием реек измеряют просветы между покрытием и рейкой. При этом применяют рейки различной длины, как правило трехметровые (Франция, Нидерланды, Япония, Испания, Россия и др.) и четырехметровые (Швейцария, Германия, Польша и др.). Просветы измеряют в определенных нескольких точках или максимальный - по длине рейки. Основным недостатком данной методики является низкая производительность, и большая трудоемкость. Более того, рейкой измеряется только высота неровности на отрезке 3 или 4 метра. Полностью снять микропрофиль поверхности автомобильной дороги позволяет автоматический нивелир с последующей обработкой данных методом амплитуд. Точность замеров микропрофиля зависит от длины шага измерений.

Более производительным методом измерения ровности является динамический преобразователь микропрофиля покрытия, разработанный в МАДИ под руководством профессора А.А. Хачатурова. В данном случае микропрофиль записывается косвенно, путем регистрации преобразованных прибором электрических сигналов от неровностей покрытия; затем эти сигналы на аналоговом счетно-решающем устройстве обратным преобразованием пересчи-тываются в неровности микропрофиля и записываются в неровности покрытия [98].

Более совершенную аппаратуру представляют собой анализаторы продольного профиля APL - 25; APL - 72 (Франция), ROADMAN (Финляндия). Во время движения измеряется изменение угла между продольной осью анализатора и продольной осью автомобиля в вертикальной плоскости. Таким

39 образом, фиксируются неоднородности покрытия в диапазоне ± 100 мм для длин волн от 0,5 до 50 м в зависимости от скорости движения автомобиля [126].

В дорожной отрасли, особенно за рубежом, измерение параметров ровности и колейности дороги выполняют с использованием профилографов. Ультразвуковые профилографы измеряют просветы при помощи ультразвуковых датчиков, количество которых в поперечном направлении составляет от 12 до 30. Измерения производятся через каждые 3 м вдоль дороги с точностью 0,1 мм. Скорость движения профилографов может изменяться от 20 км/ч до 80 км/ч. Лазерные профилографы измеряют просветы на ширине 2,7 м и более с помощью 15-20 датчиков через каждые 5 м вдоль дороги с точностью 0,1 мм. Результаты сканирования поверхности дороги служат исходной базой для определения ровности методом амплитуд, выбора метода ремонта дорожной одежды и определения объемов работ.

К сожалению, диапазон и точность измерений этих дорогостоящих систем зависят от погодных условий, видимости и отражающих качеств различных типов поверхностей, результатом чего является низкая производительность и высокая стоимость работ.

Разработанная «РОСДОРТЕХом» передвижная лаборатория производит измерения профиля по полосе движения со скоростью 25 км/час. Лаборатория имеет 15 датчиков и снимает показания через 25 см. Погрешность съемки составляет 20%, а обработка данных, полученных за одну рабочую смену, составляет одну неделю.

Таким образом, решение задачи оцифровки поверхности дороги сводится не только к разработке производительных установок для съемки, но и к разработке программного обеспечения для обработки исходных данных.

В последние годы в связи с быстрым развитием технических средств обработки сигналов все большее распространение получают методы цифрового фотограмметрического сканирования дорожного покрытия и видеосъемки.

В лазерном измерителе поперечного профиля PALAS-2 (Франция) используются две видеокамеры и формирователь лазерной плоскости для выявления сопряженных точек поверхности дороги на стереокадре. Измерительный комплекс вместе с системой анализа изображения размещен на микроавтобусе «Рено» и позволяет определять глубину и ширину колей, неровностей и выбоин, общую деформацию поперечного профиля дороги. Измерения можно проводить при скорости движения автомобиля до 90 км/ч. [97].

Единственным минусом зарубежных средств измерений ровности, приведенных выше, является их чрезмерно высокая стоимость.

К приборам второй группы относятся толчкомеры различных конструкций, толчкографы, акселерометры, регистрирующие вертикальные ускорения, акселерографы и др. Из приборов импульсного действия наиболее широкое распространение получил прибор для косвенного измерения ровности покрытия - толчкомер ХАДИ, предложенный проф. А.К. Бируля еще в пятидесятых годах. Впоследствии этот прибор многократно совершенствовался. Ровность дорожных покрытий оценивают суммарным сжатием рессор автомобиля в см/км на участке дороги длиной 1 км при постоянной скорости движения.

Следует иметь в виду, что толчкомером определяют не истинную, а условную ровность поверхности дороги, т.к. сумма прогибов (сжатия) рессоры при проезде автомобилем данного участка зависит не только от состояния покрытия, но и от свойств подвески автомобиля, нагрузки и др. Толчкомер, установленный на автомобилях разных марок, дает разные показатели.

К третьей группе относятся приборы инерционного действия -динамический преобразователь продольного профиля конструкции МАДИ, ПКРС-2У, динамометрический прицеп АТТ-2.

Эти приборы имеют измерительное колесо, пригруженное сравнительно тяжелой массой, совершающей совместно с ним колебания относительно общего центра. Перемещения системы «колесо-масса» служат характеристикой ровности.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

Для оценки ровности дорожной поверхности в международной практике используется международный индекс ровности IRI. В России для сплошного контроля ровности за эталонный прибор принят динамометрический прицеп ПКРС-2У, разработанный СоюзДорНИИ. Эта установка выпускается серийно под маркой КП-511 и предназначена для измерения ровности и коэффициента сцепления. Ровность (S_n) измеряют во время проезда с постоянной скоростью движения в 60 км/ч с допустимым отклонением ±2 км/ч.

Однако, что использование прибора ПКРС для количественной оценки ровности дорожной поверхности нецелесообразно из-за нелинейности его характеристики [13]. Это же обстоятельство не позволяет дать достаточно точное значение коэффициента для пересчета S_n в показатель IRI.

Расчетный показатель IRI — международный индекс ровности является более объективным интегральным показателем ровности дорожной поверхности, чем показатель прибора ПКРС — S_n. Его недостатком является то, что для расчета необходимо знать ординаты микропрофиля автомобильной дороги. Эти ординаты могут быть получены короткошаговым нивелированием, но это очень трудоемко и не может быть использовано при массовой оценке ровности участков. Поэтому необходимо использовать приборы, позволяющие быстро и точно получать ординаты микропрофиля для большого числа участков: прибор ДПП МАДИ (ТУ), APL-25, APL - 72 (Франция), ROADMAN (Финляндия), а также разрабатываемый в ДорТрансНИИ РГСУ лазерный электронный профилометр. Таким образом, использование в качестве показателя ровности дорожной поверхности, международного индекса ровности IRI требует внедрения в широкую практику вышеперечисленных приборов для измерения микропрофиля дороги.

Рассматривая автомобиль как колебательную систему, следует отметить, что автомобиль при проезде по неровной поверхности дороги совершает колебательные движения, оказывая при этом дополнительные динамические перегрузки. Причем амплитуды колебаний и их частотный диапазон зависят не только от высоты неровностей, а также от формы и длины, расстоя-

42 ния между ними и их взаимного расположения. Поэтому для изучения динамического воздействия автомобиля необходимо использовать методы измерения ровности, результатом которых является детальная съемка поверхности автомобильной дороги. Выводы:

1. Неудовлетворительное состояние дорожной одежды и резкое ухудшение ровности дорожного покрытия способствует накоплению и развитию множества негативных факторов и явлений. К ним относятся увеличение себестоимости перевозок, повышение расхода топлива, сокращение срока службы автомобильных шин, увеличение стоимости эксплуатации автомобиля и расходов на его ремонт, ухудшение экологического состояния окружающей среды, высокий уровень аварийности и т.д.

2. Учитывая существующее состояние сети автомобильных дорог, для поддержания дорог в работоспособном состоянии, оценку ровности дорожного покрытия необходимо проводить, в первую очередь, исходя из условий повышения долговечности эксплуатируемых автомобильных дорог, а не из условий повышения комфортности передвижения. Данная цель может быть достигнута уменьшением динамических перегрузок от движущегося автомобильного транспорта путем своевременного проведения работ по восстановлению ровности дорожного покрытия на стадии эксплуатации, исходя из прогнозируемого динамического воздействия транспортного потока на поверхность автомобильной дороги.

3. Для изучения динамического воздействия автомобиля на дорожное покрытие необходимо использовать методы измерения ровности, результатом которых является детальная съемка поверхности автомобильной дороги.

43 1.4 Цели и задачи исследований.

В настоящее время вопросы исследования динамического воздействия транспортных средств с учетом неровностей дорожного покрытия и режимов движения автомобилей приобретают все большую актуальность и важность. В последние годы резко возросли скорости движения транспортных средств, что обусловливает значительное увеличение динамических нагрузок на дорожные конструкции. Именно поэтому в ряде стран введены повышенные требования к ровности дорожного покрытия на стадии строительства и проводятся исследования динамических перегрузок дорожных конструкций вследствие развивающихся неровностей.

Наличие неровностей на дорожном покрытии приводит к увеличению уровня динамического воздействия транспортных средств на дорожные конструкции. Значительный рост энергии воздействия транспортного потока, связанный с проездом транспортных средств с достаточно высокими скоростями движения по дорожному покрытию с неровностями, приводит к развитию деформаций, просадок и разрушений как в слоях дорожной одежды, так и в подстилающем грунте, что в свою очередь, еще более ухудшает ровность дорожного покрытия. При заданных характеристиках транспортного потока ровность дорожного покрытия определяет динамический режим эксплуатации автомобильной дороги.

Динамическое воздействие транспортного потока является одним из основных факторов, определяющих долговечность дорожных конструкций. Динамическое воздействие транспортного потока существенным образом зависит от ровности дорожного покрытия, а также от состава транспортного потока и средней скорости движения.

Таким образом, исследование динамического воздействия транспортных средств на автомобильную дорогу теоретическими и экспериментальными методами в современных условиях высокоинтенсивного скоростного движения является важной и актуальной задачей.

44 Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода оценки динамических перегрузок дорожных конструкций на основе моделирования скоростных режимов транспортных средств и микропрофиля проезжей части для разработки мероприятий по снижению уровня динамического воздействия транспортного потока на эксплуатируемых автомобильных дорогах.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

исследование факторов, влияющих на возникновение и величину динамических перегрузок дорожных конструкций;

разработка расчетной модели динамического воздействия транспортных средств на покрытие дорожной одежды на основе данных о микропрофиле поверхности дороги и моделирование динамического воздействия различных транспортных средств на дорожные конструкции при различных скоростных режимах движения;

разработка методики экспериментальных исследований по оценке динамического воздействия транспортных средств на дорожную конструкцию с использованием виброизмерительного комплекса и проведение экспериментальных исследований по оценке динамического воздействия транспортных средств на дорожную конструкцию на эксплуатируемых автомобильных дорогах с различными показателями ровности;

разработка метода оценки динамических перегрузок дорожных конструкций на основе моделирования скоростных режимов транспортных средств и микропрофиля проезжей части.

45 1.5 Выводы по главе I

В результате проведенного анализа исследований в области взаимодействия автомобиля с дорогой установлено, что величина динамического давления автомобильного транспорта на покрытие зависит от множества факторов, основополагающим из которых является ровность дорожного покрытия. Ровность во многом влияет на скорость движения автомобилей, себестоимость перевозок, расход топлива, экологическое состояние окружающей среды и уровень аварийности на автомобильных дорогах.

Учитывая существующее состояние сети автомобильных дорог, для поддержания дорог в работоспособном состоянии, оценку ровности дорожного покрытия необходимо проводить, в первую очередь, исходя из условий повышения долговечности эксплуатируемых автомобильных дорог, а не из условий повышения комфортности передвижения.

Исследование динамического воздействия транспортных средств на автомобильную дорогу в современных условиях высокоинтенсивного скоростного движения является важной и актуальной задачей, что также отмечается в работах многих авторов. Для реализации поставленной задачи, с целью повышения долговечности автомобильных дорог, назревает необходимость разработки математических моделей взаимодействия «автомобиль — дорога», позволяющих определять динамические перегрузки, возникающие при движении транспортного средства по эксплуатируемым автодорогам, с учетом скоростей движения. Экспериментальные исследования в этой области практически не освещены.

Экологическая культура личности. Ее сущность и качественные характеристики

Технико-экономические расчеты на различных этапах дорожного строительства предусматривают оценку транспортно-эксплуатационных расходов, в том числе себестоимость перевозок автомобильным транспортом. Значительную часть себестоимости перевозок составляют затраты на приобретение топлива для автомобилей. Расход топлива двигателем автомобиля, помимо его конструктивных особенностей во многом определяется и дорожными неровностями [67]. При нынешнем состоянии дорожной сети автомобиль расходует почти в 1.5 раза больше горючего, чем в развитых зарубежных странах. Стоимость эксплуатации автомобилей возрастает в 2.5 - 3.5 раз (рис. 1.3.1, 1.3.2), срок службы автомобильных шин сокращается в 1.15-1.8 раза, срок службы автомобиля уменьшается на 30 % [20].

Только за счет средних скоростей движения на дорогах России, которые более чем в 2 раза ниже, чем в Европе (80 км/ч), стоимость перевозки грузов выше на 20 %. В результате перечисленных причин Российская Федерация имеет самый высокий удельный показатель транспортной составляющей в себестоимости продукции, который в отдельных отраслях превышает 50 %.

В целом, общая упущенная выгода экономики России от бездорожья и плохого состояния дорог оценивается более чем в 60 трлн. руб. в год [20].

Особое внимание заслуживает вопрос безопасности дорожного движения, к которому относится негативное воздействие вибрации и колебаний автомобиля при проезде по неровностям на общее самочувствие водителя и пассажиров.

Автомобиль, движущийся по дороге с неровной поверхностью, представляет собой колебательную систему. Колебания, вызванные неровной поверхностью дороги, воздействуют на людей находящихся в автомобиле и отражаются на важнейшей характеристике водителя как оператора на безошибочности его действия, его «надежности». Это определяется, в частности, ускорениями, которые он испытывает в продольном, поперечном и вертикальном направлениях.

Водитель и пассажиры оценивают плавность хода субъективно, на основе собственных ощущений. Ощущения людей и наступающее утомление связано с ускорениями колебаний и их повторяемостью.

При оценке воздействия неровности покрытия на колебания автомобиля с точки зрения безопасности движения важнейшими показателями служат психофизиологические реакции, непосредственно влияющие на работоспособность человека и надежность выполнения им требуемых операций.

Процесс ручного управления машиной во многом зависит от способности водителя принимать, анализировать информацию, вырабатывать командные сигналы и, наконец, от возможности передавать эти сигналы на органы управления машины. Каждое из описанных звеньев процесса управления реализуется работой различных систем организма человека. Все функциональные системы организма по-разному реагируют на экстремальные воздействия (в частности на действия колебаний).

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения скоростей движения автомобилей при повышении комфортности передвижения. Многие автомобилестроительные компании направляют усилия не только на совершенствование подвески автомобиля, но и на введение дополнительных ступеней подрессоривания (подрессоривание кабины относительно рамы и специальные сидения, имеющие собственную систему подвески). В результате чего при проезде через неровность или совокупность неровностей теряется связь между водителем и реакцией автомобиля, что в экстремальных ситуациях (например, отрыв колес автомобиля от покрытия) при высоких скоростях движения (более 100 км/ч) может привести к неадекватному восприятию водителем ситуации на дороге и повлиять на безопасность движения.

Тело человека можно условно рассмотреть как своеобразную колеблющуюся систему [66], поскольку под воздействием вибрации части тела человека перемещаются относительно друг друга с амплитудами, зависящими от источника колебаний и массы органов. Относительные перемещения частей тела приводят к напряжениям в связках и к взаимному соударению и надавливанию.

Двигательная активность человека при действии ускорений может оказываться нарушенной; движения в крупных суставах ограничиваются уже при 6-8 g. Продолжительные колебания человека с частотой 3-5 Гц негативно отражается на вестибюлярном аппарате, сердечно-сосудистой системе и вызывают синдром укачивания, частоты колебаний 5-11 Гц вызывают расстройства вследствие резонансных колебаний головы, желудка, кишечника. При частотах 11-45 Гц ухудшается зрение, возникает тошнота, рвота, нарушается нормальная деятельность других органов. Повреждения сосудов головного мозга, расстройство циркуляции крови и высшей нервной деятельности с последующим развитием вибрационной болезни могут возникнуть при частотах более 45 Гц.

При исследовании влияния колебаний и вибрации на человека можно выделить следующие типичные нарушения нормального состояния организма: ухудшение управления дыханием; нарушение координации движения рук; увеличение времени реакции кисти; ухудшение способности слежения, ослабление внимания; уменьшение остроты зрения; дрожание рук, дрожание всего тела; ухудшение прицельных движений.

Школьное краеведение как важнейшее средство воспитания экологически культурной личности

Получены амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики ускорения неподрессоренной части автомобиля МАЗ-551 при проезде по рассматриваемому участку с заданным микропрофилем со скоростями движения 20, 80 и 140 км/ч (рис. 2.3.6).

Представленная модель позволяет рассчитать ускорения, возникающие в кузове автомобиля при проезде по дорогам с различной ровностью покрытия, а также выявить опасные участки автомобильной дороги, на которых возможен отрыв колеса автомобиля от поверхности проезжей части.

Расчетная модель позволяет оценить ровность дорожной поверхности обследуемого участка дороги международным индексом ровности IRI (рис. 2.3.5). Для этого необходимо задать следующие параметры эталонного автомобиля: mi/Mi=0.15, СрЄСі/ Mi=63.3, bPeci/Mi=6, Сші/М=653, где: Мі - масса кузова; mi - масса колеса; Сресі - жесткость рессоры; b ресі - вязкость рессоры; Сші - жесткость шины колеса.

Таким образом, данная модель позволяет получить следующие данные: — амплитудно-временную характеристику (АВХ) давления колес автомобиля на покрытие; — величину динамического давления в любой момент времени, при движении автомобиля по поверхности дороги; — амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) давления колес автомобиля на покрытие; — коэффициент динамичности на обследуемом участке; — амплитудно-временную характеристику ускорения неподрессорен-ной части автомобиля при его воздействии на покрытие (динамическое воздействие); — амплитудно-временную характеристику ускорения кузова автомобиля при проезде по покрытию (реакция автомобиля на неровности, т.е. показатель комфорта передвижения); — АЧХ ускорения неподрессоренной части автомобиля; — АЧХ ускорения кузова автомобиля; — оценить ровность покрытия в соответствии с международным показателем ровности IRI.

Точность расчетов разрабатанной компьютерной модели достаточна для практических целей и, что особенно важно, результаты исследований могут быть получены в той же форме, что и при натурных дорожных испытаниях. Данное обстоятельство позволяет непосредственно сопоставлять результаты моделирования и натурного эксперимента и, таким образом, выяснять степень достоверности полученных на модели данных.

1. Проведенный анализ влияния продольного профиля автомобильных дорог на динамические перегрузки позволил сделать вывод, что для построения цифровой модели поверхности дороги необходимо использовать результаты съемки микропрофиля, проводимые при помощи нивелира или специальных электронных реек с минимальным шагом измерений. Рекомендуется проводить поточечное введение отметок микропрофиля через 0,10 —0,20 м.

2. Разработана расчетная модель динамического воздействия транспортных средств на покрытие дорожной одежды на основе данных о микропрофиле поверхности дороги. Разработанные программные средства позволяют учитывать множество факторов, влияющих на процесс взаимодействия движущегося автомобиля и дорожной конструкции, основными из которых являются колебательная система автомобиля, поверхность дорожного покрытия и скорость движения автомобиля. В иных случаях недоучет хотя бы одного из приведенных факторов может привести к ошибочным результатам.

3. На основе разработанной модели проведен расчет динамического воздействия транспортных средств на покрытие дорожной одежды при различных скоростных режимах движения автомобилей. Доказано, что при определенных вариантах расположения неровностей на дорожном покрытии при движении автомобиля с большими скоростями (более 120 км/ч) возникают динамические перегрузки, даже в том случае когда микропрофиль дороги соответствует нормативным требованиям ровности дорожного покрытия. Если же покрытие находится в неудовлетворительном состоянии, то порог скорости, приводящий к динамическим перегрузкам, снижается до 50 км/ч.

Моделирование системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности

Для проведения эксперимента по оценке динамического воздействия транспортных средств на дорожную конструкцию, в зависимости от ровности покрытия и режима движения, был выбран легковой автомобиль ВАЗ 21213 „Нива". На заднюю ось автомобиля, посредством металлического крепления с резьбовым соединением, приваренного к оси, были установлены виброакселерометры в продольном (Y) и вертикальном (Z) направлениях (рис. 3.3.1).

Мобильный виброизмерительный комплекс с переносным компьютером типа „ноутбук" для записи и обработки цифровых сигналов был размещен в салоне автомобиля.

Воздействие автомобиля на дорожную конструкцию при проезде со скоростью 20 км/ч близко к статическому воздействию. Воздействие автомобиля на дорожную конструкцию при проезде со скоростью 80 и 120 км/ч имеет существенно динамический характер, связанный с кинетической энергией движущегося автомобиля, особенностями взаимодействия вращающего ся колеса с покрытием, а также с изменением давления колеса на покрытие вследствие неровностей поверхности проезжей части.

Исходя из этого, было решено совершать проезд автомобиля по опытным участкам со скоростями движения 20, 60 и 100 км/ч.

Такая постановка эксперимента позволила провести непосредственную оценку динамического воздействия автомобиля на покрытие путем регистрации ускорений колебаний оси движущегося автомобиля.

Основой анализа экспериментальных данных являются амплитудно-временная (АВХ) и амплитудно-частотная (АЧХ) характеристики регистрируемого сигнала. Амплитудно-временная характеристика позволяет оценить максимальные амплитуды ускорения, генерируемые при проезде транспортного средства по опытным участкам с различными показателями ровности. Амплитудно-частотная характеристика позволяют выявить преобладающие частоты колебаний в спектре воздействия.

На рисунках 3.3.2 - 3.3.5 представлены амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики ускорения неподрессореннои части автомобиля ВАЗ-21213 при проезде по опытным участкам дорог I и III категорий со скоростью движения 20, 60 и 100 км/ч.

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

1. На ровных участках дорог I и III категорий при скорости движения автомобиля 20 км/ч величина ускорения колебаний непод-рессоренной части автомобиля составляет 3-7 м/с . При увели-чении скорости движения до 60 км/ч - 8 - 11 м/с . На скорости 100 км/ч значения ускорения оси автомобиля находятся в диапазоне 15-22 м/с2, причем на графиках АВХ наблюдаются выраженные всплески, связанные с волнообразностью продольного профиля дороги

2. На неровных участках дорог I и III категорий при скорости движения автомобиля 20 км/ч величина ускорения колебаний непод-рессоренной части автомобиля составляет 5-10 м/с . При увеличении скорости движения до 60 км/ч значения ускорения оси ав-томобиля находятся в диапазоне 18-30 м/с . Следует также отметить появление на графиках АВХ явно выраженных всплесков при скорости движения автомобиля 60 км/ч, связанных с проездом автомобиля через отдельные неровности. При скорости движения автомобиля 100 км/ч колеса автомобиля находится в режиме постоянной непрерывной вибрации с величиной ускорения 25 - 35 м/с2.

3. Амплитудно-частотная (АЧХ) характеристика регистрируемого сигнала имеет ярко выраженный всплеск на частоте 10-12 Гц. Распределение частотного спектра при этом происходит в диапазоне 1-30 Гц. ускорений имеет практически одинаковое значение. Это говорит о том, что воздействие автомобиля на дорожную конструкцию при проезде со скоростью 20 км/ч близко к статическому. С увеличением скорости движения до 60 км/ч воздействие на покрытие приобретает динамический характер, существенно зависящий от ровности покрытия. При движении автомобиля по неровным участкам дорог со скоростью 60 - 100 км/ч динамическая перегрузка составляет 60 - 100 %, а ускорение неподрессоренной час-ти автомобиля превысило значение 30-35 м/с . 5. Для количественной оценки интенсивности колебаний дорожной конструкции при проезде транспортного средства производится вычисление интегральной характеристики (Hintegral) в заданном диапазоне частот. Значения интегральной оценки спектра воздействия проезжающего автомобиля в диапазоне от 0,5 до 100 Гц на неровных участках в 1,5 - 2,0 раза превышает значения интегральной оценки на ровных участках при высоких скоростях движения транспортного средства (рис. 3.3.2-3.3.5).

Правильность расчетов математической модели взаимодействия автомобиль - дорога можно установить, поочередно подставляя в расчетную модель параметры, использовавшиеся в ходе проведения экспериментов (массу, скорость движения автомобиля, характеристики подвески, реальный микропрофиль каждого из опытных участков и т.д.).

В данном случае, для проведения численного эксперимента в качестве расчетной нагрузки на покрытие использовался легковой автомобиль ВАЗ-21213 с заданными характеристиками. Скорость движения автомобиля принималась 20, 60 и 100 км/ч.

Для расчета использовались реальные данные микропрофиля опытных участков автомобильных дорог I и III категорий, на которых проводились экспериментальные замеры, полученные путем проведения геодезической съемки продольного профиля участков дороги автоматическим нивелиром. Расчетные характеристики легкового автомобиля:

Процессуальный компонент модели системы работы по формированию экологической культуры младших школьников посредством краеведческой деятельности

При определенном расположении неровностей дорожного покрытия и заданной скорости движения автомобиля могут возникнуть явления, близкие к резонансу (при условии, если частота воздействия дорожных неровностей на автомобиль совпадает с частотой собственных колебаний неподрессорен-ной части автомобиля).

Для изучения резонансных явлений был просчитан режим движения автомобиля по покрытию с определенным количеством неровностей заданного размера, при котором возникали явления резонанса. В ходе моделирования также менялось количество неровностей и их высота. Далее моделируемая ситуация была реализована на одном из опытных экспериментальных участков с применением искусственных неровностей.

В качестве экспериментального участка был выбран участок дороги III категории „Азов - Головатовка" с показателями ровности, удовлетворяющими требованиям нормативных документов, проходящий в насыпи высотой 1,5 метра.

Для регистрации вибрационных полей, были установлены низкочастотные датчики на поверхности проезжей части вблизи проезда автомобиля. Чтобы полностью исключить возможное воздействие ветровых нагрузок от проезжающего автомобиля использовались дорожные конуса, закрывающие датчики, расположенные на покрытии проезжей части (рис. 3.6.3). Так же применялись однотипные антенные устройства (АУ).

Искусственные неровности величиной 1 см и 5 см и длиной 50 см устанавливались на расстоянии 5, 10 метров друг от друга по схемам №1,2 (рис. 3.6.4). В ходе эксперимента менялось расстояние между неровностями и их количество.

В качестве генераторов нагрузки использовался проезд автомобилей МАЗ-551 и Ваз-21213 „Нива" со скоростями движения 20 км/ч и 80 км/ч (рис. 3.6.1-3.6.2).

Проведение натурного эксперимента позволило сделать следующий вывод: количество и величина неровностей одинакового размера влияют лишь на величину амплитуд воздействия при движении автомобиля со скоростью, при которой возникает резонансный режим. Частотный спектр распределения амплитуд остается неизменным с существенным всплеском на частоте 10 Гц (рис. 3.6.3).

В ходе компьютерного моделирования была просчитана скорость движения грузового автомобиля МАЗ-551 , при которой происходил отрыв колес данного транспортного средства от покрытия с заданными величинами неровностей. Рассчитанный режим движения был реализован на опытном участке. При проведении эксперимента также менялось количество искусственных неровностей и их высота.

Экспериментальные исследования на участке с искусственными неровностями подтвердили следующие предположения: если в частотном спектре преобладает хаотическое распределение волн с частотой колебаний более 40-50 Гц то можно уверенно говорить о наличие ударного воздействия колес автомобиля на дорожную конструкцию (рис. 3.6.3).

Анализ полученных результатов экспериментальных исследований по определению величины динамического воздействия транспортных средств на дорожные конструкции при различных режимах движения и неровности дорожного покрытия, основанный на использовании искусственных неровностей различной величины, позволил сформулировать следующие положения: -с увеличением скорости движения автомобиля смещается частотный диапазон колебаний (в более высокую область), а также наблюдаются значительные изменения амплитудно-частотных характеристик в диапазоне до 80 герц; -с увеличением высоты неровностей существенно увеличиваются значения амплитудно-временных характеристик, причем как при проезде грузового автомобиля МАЗ-551, так и при проезде легкового автомобиля ВАЗ-21213 относительный прирост значений АВХ и АЧХ остается неизменным; -динамическое воздействие на покрытие также увеличивается при уменьшении расстояния между неровностями; -воздействие автомобиля, проезжающего со скоростью 80 км/ч по покрытию с неровностями 5 см. на порядок превышает воздействие того же автомобиля, проезжающего со скоростью 20 км/ч по ровной поверхности автомобильной дороги.

Чистота эксперимента обеспечивалась постоянством факторов влияющих на эксперимент (прочность дорожной одежды, климатические условия, погодные изменения и другие факторы, кроме меняющихся неровностей на покрытии в ходе проведения замеров оставались неизменными).

Похожие диссертации на Разработка и исследование пневматических источников упругих волн для морской сейсморазведки

Разработка методики применения сейсморазведки на продольных и обменных волнах на основе данных сейсмомоделированияГорбачев, Сергей Викторович

Исследование и разработка способов повышения разрешающей способности вибрационной сейсморазведкиКолесов Сергей Васильевич

Разработка методики исследований, способов обработки и интерпретации данных скважинной сейсморазведки для мониторинга месторождений Адиев Рустем Явдатович

Сейсмоакустические многоволновые исследования в водонаполненных скважинах с помощью электроискрового источника упругих волнВладов Михаил Львович

Изучение верхней части геологического разреза в районах развития карста сейсморазведкой преломленных волн (На примере территорий Пермского Прикамья) Герасимова Ирина Юрьевна

Обоснование применения сейсморазведки методом отраженных волн способом общей глубинной точки для решения инженерно-геологических задач в Санкт-Петербурге и пригородахЯковлев, Андрей Сергеевич

Повышение точности сейсмических наблюдений на основе изучения ЗМС и учета волн-спутников в рамках технологии многоуровневой сейсморазведки Долгих Юрий Николаевич

Разработка методики интерпретации данных 2D и 3D сейсморазведки при прогнозе песчаных коллекторов и их флюидонасыщения в условиях Западно-Кубанского прогибаМосякин Александр Юрьевич

Разработка способов экспериментального изучения анизотропии осадочных отложений методами многоволновой сейсморазведкиГоршкалев Сергей Борисович

Разработка методики детального выделения геологических объектов посредством сопоставительного анализа данных сейсморазведки и ГИСНедосекин, Антон Сергеевич