Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность работы лесовозного автомобильного транспорта определяется наличием и качественным состоянием лесовозных автомобильных дорог круглогодового действия, ритмичностью и высокими скоростями движения лесовозных автопоездов.
Разнообразие почвенно-грунтовых и инженерно-геологических условий, таксационных показателей древостоев, рельефа местности и других факторов на участках лесовозных дорог обуславливают необходимость проектирования плана трассы, продольного и поперечных профилей, земляного полотна, конструкций дорожной одежды и водопропускных сооружений многовариантной проработкой технических решений.
Вывозка лесоматериалов по автомобильным дорогам без твердых покрытий связана со значительными загратами материальных средств. Удельный вес вывозки лесоматериалов по таким дорогам составляет более 40 %. Лесовозные дороги с грунтовыми покрытиями становятся труднопроезжаемыми в весенний и осенний периоды. Эксплуатационное состояние дорожной одежды существенно влияет на выбор типа лесовозного автопоезда, величину полезной рейсовой нагрузки, скорость движения и расход топлива. При вывозке лесоматериалов по грунтовым дорогам допускается значительный перерасход топлива, неэффективное использование автопоездов и высокая ее себестоимость.
Наряду с этим необходимо решать вопросы повышения качества дорог в связи с применением на вывозке лесоматериалов тяжелых лесовозных автопоездов на базе автомобилей-тягачей МАЗ-509А, МЛЗ-5434, КрАЗ-255Д КрАЗ-643701, Ка-мАЗ-43105, Урал-43204 и др., увеличением расстояний перевозки лесоматериалов и необходимостью снижения себестоимости загоювки лесопродукции.
Проблему дорожного строительства в лесу и районах Российской Федерации (РФ), где отсутствуют или имеются незначительные запасы прочных каменных материалов, можно решить за счет применения сборных и сборно-разборных колейных покрытий из железобетонных плит.
Экономию материалов, повышение надежности и транспортно-эксплуа-тационных качеств автомобильных дорог можно достичь за счет учета особенностей их эксплуатации под воздействием многократно повторяющейся подвижной нагрузки от колес лесовозных автопоездов, совершенствования методов расчета конструкций железобетонных плит, обоснования расчетных нагрузок, разработки подсистем автоматизированного проектирования и конструирования с целью оптимизации параметров дорожных конструкций в САПР лесовозно-лесохозяйственных дорог (САПР-ЛЛД).
Цель работы. Обоснование типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог путем разработки концепции и совершенствования методов расчета дорожных конструкций, создания математического, программного и информационного обеспечения для автоматизированного проектирования.
Объекты исследования - лесовозные автомобильные дороги, автопоезда, процессы взаимодействия лесовозных автопоездов с дорожными покрытиями.
Предметы исследования - алгоритмы проектирования дорожных одежд нежесткого и жесткого типа, железобетонные плиты сборных и сборно-
Т рос. 1ици1ч,^о.ия.
і БИБЛИОТЕКА і
разборных колейных покрытий, математические модели определения расчетных нагрузок и расчета нежестких и жестких дорожных одежд.
Методы исследования. Применялись методы: механики деформируемого твердого тела, математической статистики, теории расчета конструкций на упругом основании, анализа и синтеза проектных решений, системного подхода с математическим моделированием проектируемых объектов, имитационного моделирования на ЭВМ процессов взаимодействия элементов сборных и сборно-разборных покрытий с подвижным составом, натурного эксперимента.
Научная новизна работы. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог, отличающаяся учетом конкретных условий их эксплуатации. Математические модели, алгоритмы и программы: установления осевых нагрузок и коэффициентов перегрузки колес лесовозных автопоездов; обоснования расчетного автотранспортного средства и параметров расчетной нафузки при проектировании лесовозных дорог, отличающиеся исследованиями фактических весовых и габаритных параметров перевозимых лесоматериалов, учетом влияния способов размещения лесоматериалов и навесного пофузочного оборудования.
Алгоритмы и профаммы автомагизированного расчета одежд нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость, отличающиеся моделями, идентифицирующими данные фафиков, номофамм и таблиц нормативных документов с доверительной вероятностью более 95 %.
Рациональные параметры железобетонных плит и колейных покрытий и схемы их нафужения, отличающиеся учетом категории дороги, состава и ширины колеи автотранспортных средств, типа лесовозных автопоездов и реальных процессов взаимодействия колес многоосных лесовозных автопоездов с колесопроводами покрытий.
Методика расчета и система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и параметров сборных и сборно-разборных колейных покрытий, отличающиеся новым подходом в определении экстремальных расчетных усилий и размещении арматурных стержней в сечениях плит с учетом воздействия любого сочетания подвижных нафузок от колес автотранспортных средств.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог, учитывающая конкретные природные, производственные, эксплуатационные и экономические условия.
-
Математические модели, алгоритмы, профаммы расчета и результаты исследований осевых нафузок лесовозных автопоездов, позволяющие проанализировать их использование на вывозке лесоматериалов и влияние параметров размещения лесоматериалов и навесного пофузочного оборудования.
-
Математические модели и алгоритмы обоснования параметров расчетной нафузки при проектировании лесовозных автомобильных дорог, позволяющие обосновать расчетное автотранспортное средство.
-
Комплекс компьютерных профамм по совершенствованию проектных решений при оббеновании типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных
дорог, обеспечивающих оптимизацию дорожных конструкций и определение технико-экономических показателей функционирования лесотранспортных систем.
-
Методика расчета железобетонных плит колейных покрытий, позволяющая размещать арматурные стержни в соответствии с действующими в их сечениях экстремальными расчетными усилиями.
-
Система автоматизированного проектирования железобетонных плит и параметров колейных покрытий лесовозных дорог, учитывающая реальные условия нагружения колесопроводов подвижной нагрузкой.
Научная и практическая значимость. Научной новизной обладают методы, математические модели, алгоритмы и программы по обоснованию типа и конструкций нежестких и жестких дорожных одежд на основании многовариантного проектирования с учетом конкретных природных, производственных, эксплуатационных и экономических условий, дополняющие математическое, программное и информационное обеспечения САПР-ЛЛД.
Применение заводами и лесозаготовительными предприятиями алгоритмов и ЭВМ-программ расчеіа осевых нагрузок лесовозных автопоездов обеспечит рациональное размещение различных лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования при соблюдении нормативных весовых и габаритных параметров.
Реализация проектными организациями математического и информационного обеспечения, алгоритмов и ЭВМ-программ обоснования типа и конструкции дорожных одежд позволит получить рациональные дорожные конструкции, снизить затраты на строительство и эксплуатацию и вывозку лесоматериалов.
Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цеменіного бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейных покрытий дорог.
Достоверность результатов исследований. Научные положения, выводы и рекомендации работы обоснованы с использованием современных методов научных исследований, не противоречат теории расчета конструкций на упругом основании и подтверждены результатами статистической обработки экспериментальных данных, апробацией и внедрением результатов исследований в производство.
Личное участие автора в получении результатов. Все работы по разработке методик, математических моделей, алгоритмов и ЭВМ-программ, обоснованию осевых нагрузок лесовозных автопоездов и выполнению расчетов нежестких и жестких дорожных одежд с применением ЭВМ, разработке методик испытаний экспериментальных и опытных образцов плит, обработке материала, анализу и обобщению результатов исследований выполнены на основе многолетней работы автора.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при расчете и разработке конструкций дорожных плит из мелкозернистого цементного и плотного силикатною бетонов по планам объединений "Вологдалеспром" в 1975-1977 гг., "Кировлеспром" в 1986-1990 гг. и ОАО "Крупнопанельное домостроение" Республики Марий Эл в 1999 г. Изготовлены экспериментальные образцы и опытные паргии плит из мелкозернистого цементного и плотного
силикатного бетона, проведены их испытания в заводских условиях и покрытиях лесовозных автомобильных дорог Вологодской и Кировской областей Разработаны ТУ 21-53-60-88 "Плиты из плотного силикатного бетона для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог". Документация для изготовления дорожных плит из мелкозернистых бетонов передана объединениям "Вологдалес-пром" и "Кировлеспром", ОАО "Крупнопанельное домостроение". Комплекс программ автоматизированного проектирования нежестких дорожных одежд внедрен в ПСБ по проектированию объектов дорожного хозяйства. Разработанные методики, модели, алгоритмы и программы используются в учебном процессе МарГТУ
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзном симпозиуме по проблемам автоматизации проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов (Петрозаводск, 1978 г); Международных НТК (Екатеринбург, 1999 г.) и НПК (Йошкар-Ола, 1992, 1999, 2004 п., Сыктывкар, 2000 г.); Всероссийской НПК (Красноярск, 2002 г.); НТК МарПИ (Йошкар-Ола, 1975-1994 гг.), МЛТИ (Мытищи, 1981 г.), ЛТА (Ленинград, 1988 г.) и МарГТУ (Йошкар-Ола, 1995-2005 гг.); НТК (Пермь, 1991 г.); на технических советах ТПО "Кировлеспром" (Киров, 1986-1990 гг.); в отделе плотного силикатного бетона ВНИИстром (Красково, 1987-1988 гг.).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано автором в 23 работах объемом 35,8 п.л. и 10 работах в соавторстве объемом 3,1 п л. (вклад автора 50 %), в том числе: 1 монография (15,3 п.л.); 2 учебных пособия (15.8 п.л.); 20 статей в научных журналах (5,8 п.л.), из них 8 статей (2,2 п.л.) в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций; 8 статей в маїериалах НТК и НПК (1,6 п.л.); 1 свидетельство регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 44 приложений. Объем работы изложен на 319 стр. и включает 73 рисунка, 59 таблиц. Список литературы состоит из 261 наименования. Приложения включают 197 стр. текста, 45 рисунков, 37 таблиц
