Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных лесовозных дорог 9
1.1 Характеристика дорожно-транспортной сети лесного комплекса 9
1.2 Формирование критериев оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог 13
1.3 Проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных лесовозных дорог 22
1.4 Цель и задачи исследования 26
2. Методика анализа состояния дорожных условий 29
2.1 Методика определения однородных участков на автомобильной дороге 29
2.2 Методика анализа состояния дорожных условий и назначения мероприятий на однородных участках 36
2.2.1. Методика анализа и разработки мероприятий по обеспечению общего уровня безопасности движения по дороге 36
2.2.2 Методика анализа и разработки мероприятий по обеспечению безопасности движения в местах концентрации дорожно-транспортных происшествий 38
2.2.3. Методика анализа дорожных условий по обеспечению экономичных условий движения 40
2.3 Выводы 44
3 Алгоритм анализа состояния дорожных условий и назначения мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационного уровня автомобильной дороги 45
3.1. Алгоритм формирования базы исходной информации 45
3.2 Алгоритм разбиения дороги на однородные участки и формирование базы характеристик однородных участков 50
3.3. Алгоритм анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной потенциальной опасности и назначения мероприятий по их ликвидации 59
3.4 Алгоритмы анализа и разработки мероприятий по обеспечению безопасности движения в местах концентрации дорожно-транспортных происшествий 63
3.5 Алгоритм анализа и разработки мероприятий по обеспечению экономичности движения 71
3.6 Выводы 77
4. Обоснование методики оценки прочности нежёсткой дорожной одежды динамическим нагружением 78
4.1 Основные исходные закономерности 78
4.2. Необходимое число испытаний дорожной одежды на данном участке 80
4.3 Прогибы (модули упругости), соответствующие периоду наибольшего ослабления дорожной одежды 95
4.4 Исследование снижения модуля упругости дорожной одежды в процессе её эксплуатации 102
4.5 Основы методики оценки прочности нежёсткой дорожной одежды 108
4.6. Выводы 116
5. Исследование и разработка методики обеспечения эффективного уровня прочности эксплуатируемой дорожной одежды. Практическое применение результатов исследования 117
5.1 Экономическая основа обеспечения эффективного уровня прочности 117
5.2 Зависимость скорости движения потока автомобилей от степени деформированности дорожной одежды 120
5.3 Зависимость степени деформированности дорожной одежды от её прочности, выраженной через модуль упругости 125
5.4 Оптимизация уровня прочности дорожной одежды по модулям упругости (определения эффективного уровня прочности) при усилении дорожной одежды 130
5.5 Анализ результатов определения эффективного уровня прочности дорожной одежды при её усилении 136
5.6 Практическое применение и технико-экономическая оценка результатов исследования 141
5.7. Выводы 147
6. Разработка и внедрение метода управления состоянием дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ в условиях ограниченных ресурсов Республики Коми 149
6.1. Теоретические основы и формализация задачи управления качеством дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ 149
6.2. Формулы и зависимости для разработки метода управления качеством дорожных покрытий 150
6.3. Разработка алгоритма метода управления качеством дорожных покрытий 154
6.4. Практическая апробация метода на эксплуатируемых дорогах Республики Коми и анализ ее результатов 160
6.5. Опытное внедрение результатов разработок на дороге Ухта-Нижний Одес-Вуктыл (км 0+00 - км 153+150) 163
6.6 Вывод 172
Основные выводы и рекомендации 174
Библиографический список 177
Приложение 199
- Формирование критериев оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог
- Методика анализа дорожных условий по обеспечению экономичных условий движения
- Алгоритм анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной потенциальной опасности и назначения мероприятий по их ликвидации
- Прогибы (модули упругости), соответствующие периоду наибольшего ослабления дорожной одежды
Введение к работе
Актуальность темы.
Дорожно-транспортный комплекс России в настоящее время находится на сложном этапе развития, когда от преимущественного строительства новых лесовозных автомобильных дорог центр тяжести постепенно и неуклонно переходит к обеспечение сохранности действующей сети дорог, улучшению их технико-экономических, энергетических и экологических показателей. Решение задач повышения скорости, уменьшения перерасхода горюче-смазочных материалов, удобства и безопасности движения, снижение негативного воздействия транспорта и дорог на экосистемы придорожной полосы, составляющих комплекс транспортно-эксплуатационных качеств дорог в сложной системе "водитель - автомобиль - дорога - среда" требует системного подхода в теоретических и экспериментальных исследованиях.
В последние двадцать лет автомобильный транспорт обеспечивает свыше 55% объемов внутренних грузовых перевозок, с тенденцией увеличения этой доли, являясь таким образом "главным перевозчиком" для растущих секторов экономики России.
Поиск резервов, которые помогут решить проблему интенсификации автомобильного транспорта, приводит к необходимости исследовать пути улучшения транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог.
Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных лесовозных дорог (АЛД) и дорог общего пользования формируются при проектировании их и автотранспорта, совершенствовании технологии работы лесотранспорта, определяют качество проектных решений, уровень эффективности капитальных вложений в строительство, реконструкцию, капитальный ремонт автомобильных дорог оптимизацию текущих затрат на ремонт и содержание дорожной сети, повышение комфортности и безопасности движения.
Указанное выдвигает рассматриваемую проблему в число важнейших на-
роднохозяйственных и социальных задач, подчеркивая ее актуальность.
Тема диссертации посвящена проблеме повышения транспортно-эксплуатационного уровня АЛД и способствует разработке ресурсосберегающей и экологически перспективной технологии работы лесотранспорта и автомобильных дорог.
Цель работы. Целью данной работы является повышение транспортно-эксплуатационного уровня АЛД на стадии принятия проектных решений в процессе реконструкции, капитального ремонта, ремонта и содержания на основе анализа и моделирования процессов функционирования автомобильных дорог и технологии работы лесотранспорта.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись дороги, лесовозные автопоезда; процессы движения лесовозных автопоездов; элементы и сооружения лесовозных автомобильных дорог, лесотранспортная техническая документация на автомобильные дороги и лесотранспорт . При выполнении работы использовались методы математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики. При экспериментальном исследовании использовалась передвижная дорожная лаборатория (КП-514МП).
Научная новизна. Научной новизной обладают:
метод определения зависимости скорости движения потока автомобилей от степени деформированности дорожной одежды, отличающаяся учетом состояния дорожной одежды;
методика определения эффективного уровня прочности дорожной одежды при её усилении и соответствующую модель для расчёта на ЭВМ, отличающаяся от ранее сделанных предложений других авторов учётом фактора однородности, выражаемого через коэффициенты вариации модулей упругости существующей дорожной одежды, слоя усиления и коэффициент вариации толщины слоя усиления;
методика определения изменения во времени относительной площади недеформированных участков, характеризующая уровень надёжности дорож-
ной одежды, а также изменение во времени средней скорости потока автомобилей после усиления одежды, отличающаяся возможностью прогнозирования работоспособности дороги;
- методика оценки прочности и расчёт рациональных толщин слоев усиления, отличающаяся реализацией прогрессивной технологии интерактивного режима проектирования.
Значимость для теории и практики. Математические модели и методы оценки транспортно-эксплуатационного уровня автомобильных лесовозных дорог позволяют оценивать и корректировать процесс их функционирования для гибкой технологии работы лесотранспорта, оценивать зависимость скорости движения потока автомобилей от степени деформированности дорожной одежды в различных эксплуатационных условиях и повысить показатели безопасности движения.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты исследований позволяют учитывать особенности технического состояния дорожных одежд, изменяющегося во времени, оптимизировать процессы управления их состоянием на среднесрочный и долгосрочный период, оптимизировать структуру и объемы затрат на поддержание надлежащего транспортно-ксплуатационного стояния автомобильных дорог.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Метод определения зависимости скорости движения потока автомоби
лей от степени деформированности дорожной одежды, который позволяет на
стадии проектирования произвести выбор оптимального варианта проектного
решения автомобильной лесовозной дороги
2. Методика определения эффективного уровня прочности дорожной
одежды при её усилении и соответствующую модель для расчёта на ЭВМ, по
зволяющая учитывать факторы однородности, выражаемые через коэффициен
ты вариации модулей упругости существующей дорожной одежды, слоя усиле
ния и коэффициента вариации толщины слоя усиления.
3. Методика определения изменения во времени относительной площади
недеформированных участков, позволяющая прогнозировать работоспособность дороги.
4. Методика оценки прочности и расчёта рациональных толщин слоев усиления, позволяющая, которая дает наглядное представление о транспортно-эксплуатационном уровне дороги по определенным параметрам.
Апробация работы. Научные положения и результаты исследований докладывались и были одобрены на научно-практических конференциях в Воронежской государственной лесотехнической академии, в Ухтинском государственном техническом университете, в Сыктывкарском лесном институте, на техническом совещании дирекции Федеральной автодороги "Вятка" Киров-Сыктывкар, а также включены в научно-исследовательский отчет кафедры транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА).
Реализация работы. Основные результаты внедрены в учебный процесс кафедры транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА и кафедры технологии и машин лесозаготовок Ухтинского государственного технического университета, а рекомендации переданы в Центр Дорожно-мостового проектирования ТОО "Магистраль" (г. Воронеж) и в Коми республиканский дорожный департамент (г. Сыктывкар).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, одна в издании рекомендованном ВАК, одна монография и одно авторское свидетельство на изобритение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и заключения, списка использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 203 стр. машинописного текста. Список литературы содержит 231 наименований.
Формирование критериев оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог
Выходные параметры подсистемы, имитирующей процесс функционирования дороги, являются входными параметрами ТЛП (подсистемы) технико-экономических обоснований проекта дороги.
Недостаточная эффективность проектного решения, выявленная в этой подсистеме, а также рекомендации неформальных обсуждений формируют обратные связи в соответствующие ТЛП; этими обратными связями определяются новые входные параметры для проектирования улучшенного варианта в той или иной ТЛП. После такой процедуры повторяется цикл моделирования процесса функционирования дороги.
Если в общих чертах проследить историю развития критериев оптимизации проектов и научно-исследовательской основы формирования транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог, то можно выделить следующие этапы, иллюстрирующие общие принципы развития.
Теоретические основы проектирования дорог, заложенные акад. А.Е. Чу-даковым [90] и проф. Т.Д. Дубелиром [20], развитые в трудах А.К. Бируля [8, 10], В.Ф. Бабкова [4] и др. ученых, дали возможность нормировать элементы дорог на основе закономерностей движения одиночного автомобиля с расчетной скоростью. Качество проекта считалось удовлетворительным, если в проекте соблюдались требования строительных норм и правил (СНиП) к элементам дороги (продольным уклонам подъемов и спусков, радиусам горизонтальных и вертикальных кривых, ширине полосы движения и проезжей части и т.п.). Такое положение с расчетом нормативов практически сохранялось в СНиП на автомобильные дороги до 80-х годов. Этот подход к оценке проекта дороги позволил выделить в качестве основного транспортно-эксплуатационного качества обеспеченную расчетную скорость. Проектные решения автомобильных дорог стали оценивать по времени и скорости движения одиночных легковых автомобилей при максимальном использовании мощности двигателя; известны методы оценки Н.Ф. Хорошилова, А.Е. Вельского, К.А. Хавкина [87].
II этап характеризуется развитием подсистемы «дорога - транспортные потоки». В этом направлении теорию и практику проектирования дорог развивали А.К. Бируля [7], В.Ф. Бабков [5], В.В. Сильянов [67], ЯЛ. Калужский, Я.В. Хомяк [85], М.С. Фишельсон и ряд других отечественных и зарубежных исследователей. На этом этапе при оценке проектных решений автомобильных дорог движение автомобилей рассматривается как массовый процесс, отдельный автомобиль с его тягово-скоростными качествами отходит на второй план. С ростом интенсивности движения развивается теория транспортных потоков [2]. Подробный математический анализ практически всех моделей транспортного потока имеется в монографиях Ф. Хейта [84], Д. Дрю [19].
В.В. Сильянов классифицировал модели с анализом области их применения [1]. Основная область применения моделей транспортных потоков - автоматизированные системы регулирования движения в крупных городах, требующие оперативной информации о средних значениях скорости, плотности и интенсивности потоков для оценки общего времени нахождения транспортных единиц в системе, для оценки пропускных способностей отдельных участков системы при перераспределении потоков с целью оптимизации ее функционирования.
Исследования работ II этапа дали возможность критически оценить целый ряд явлений дорожного движения, ввести новые определения (например, пропускную способность, волну затора, оценку уровней удобства движения и т.п.). Однако исследования II этапа полностью заслонили собой отдельный автомобиль. При таком подходе была ослаблена роль теории автомобиля в качестве основы проектирования дорог. Все известные модели транспортных потоков практически игнорируют динамические и эксплуатационные свойства автомобилей, слабо учитывают особенности восприятия водителем дорожной обстановки, но самое главное - практически не учитывают параметры дороги в плане, продольном и поперечном профилях, обстановку дороги, состояние покрытия и т.п., т.е. не способствуют развитию методов оценки проектных решений, оптимизации проектов автомобильных дорог.
В технико-экономических расчетах при оценке эффективности проектных решений стали ориентироваться на среднюю скорость потока, на его обобщение, усредненные показатели.
При таких осреднениях неизбежна потеря части информации о характеристиках движения автомобиля в потоке. Вследствие потери информации о распределении скоростей в потоке технико-экономические расчеты носили незавершенный характер, давали ориентировочные результаты.
Кроме того, в большинстве моделей II этапа исследован стационарный режим потока, который достигается при достаточной длине участка с неизменными дорожными условиями: продольным уклоном, видимостью, состоянием проезжей части и т.п.
Существенный рост автомобилизации, отставание темпов дорожного строительства от темпов прироста интенсивности движения, рост количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП), требование существенного сбережения всех видов ресурсов - это главные условия, дальнейшего развития теории и практики проектирования автомобильных дорог и методов оценки проектных решений. Поэтому возникла необходимость нового этапа.
III этап характеризуется системным подходом к проблеме проектирования дорог, развитием системы «внешняя среда - дорога - автомобиль - водитель - транспортные потоки».
Качественно новый этап развития методов проектирования дорог обеспе чен успехами научно-технической революции, возможностью использования ЭВМ в исследованиях системы «внешняя среда - дорога - автомобиль - водитель - транспортные потоки», развитием САПР (систем автоматизированного проектирования). Главной частью САПР являются имитационные системы, виртуальные полигоны для испытания дорожных конструкций на ЭВМ. Разработки имитационных систем для САПР автомобильных дорог потребовали длительного и всестороннего исследования роли дорожных условий в формировании ситуаций, возникающих в транспортном потоке, детального изучения влияния проектных решений на режимы движения автомобиля.
Возникла необходимость возвращения к исследованию движения отдельного автомобиля, но уже не одиночного, а в потоке. Теперь исследуется не одиночный автомобиль (механизм), движущийся по детерминированным законам механики, а автомобиль - единица автомобильного потока, управляемая водителем. Множество водителей - генератор случайности в автомобильном потоке; поэтому методами анализа случайных событий исследуются выбираемые водителями скорости, интервалы, маневры и т.п.
Методика анализа дорожных условий по обеспечению экономичных условий движения
Сущность оценки прочности дорожных одежд состоит в получении данных, позволяющих с необходимой достоверностью судить о степени соответствия прочности эксплуатируемой одежды требованиям, предъявляемым автомобильным движением. При этом необходимо учитывать ряд особенностей, характерных для дорожных одежд нежёсткого типа: - прочность дорожной одежды в каждой конкретной точке представляет собой случайную величину, зависящую от многих факторов [42, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115]; - неоднородность дорожной одежды по прочности на участках с одинаковой конструкцией дорожной одежды, близкими грунтово-гидрологическими условиями движения как правило, достаточно велика и может быть охарактеризована коэффициентом вариации, значение которого на различных дорогах лежит в широких пределах от 0,1 до 0,35 , а в ряде случаев и выше [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30, 33]; - прочность дорожной одежды подвержена существенным изменениям в течение года и даже в течение нескольких дней [10, 11, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 55]; - наиболее существенное снижение прочности в большинстве районов России, для которых характерно сезонное промерзание, происходит в период весеннего оттаивания земляного полотна, которое сопровождается переувлажнением и разуплотнением грунта [40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 63]; - кроме того, снижение прочности может быть связано с переувлажнени ем грунта в период интенсивных дождей, а для южных регионов - малого испарения (обычно зима), а в орошаемых районах - в период поливов [50, 51, 52, 53, 54,87]; - в различные годы прочность дорожной одежды в период наибольшего ослабления различна вследствие разного сочетания погодно-климатических факторов, имеющих случайный характер, в результате чего прочность по годам является также случайной величиной [55, 56, 57, 58, 59, 61, 62, 63, 64, 77, 80]; - прочность дорожной одежды в процессе её эксплуатации под действием многократно повторяющейся нагрузки от автомобилей, а также различных погодно-климатических факторов, постепенно снижается, хотя закономерность этого снижения часто бывает завуалирована за счёт колебания погодно-климатических условий [65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 78, 79]; - наряду с фактическим снижением прочности дорожной одежды в процессе её эксплуатации по мере прохождения определённого количества автомобилей из общего числа, которое должно пройти по дороге за срок её службы, т.е. по мере совершения определённой работы, могут быть понижены требования к прочности одежды, так как работа транспортных средств, которую осталось совершить на дороге до очередного капитального ремонта или конструкции, меньше общей работы, на которую одежда была запроектирована [81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 93]. Анализ указанных особенностей дорожной одежды потребовал проведения ряда исследований в следующих направлениях: - обоснование количества испытаний на данном участке, обеспечивающих необходимую точность определения средней величины общего прогиба (модуля упругости) одежды; - разработка методики определения расчётной величины общего прогиба (модуля упругости) по результатам испытаний в различных дорожно-климатических условиях с разной степенью ослабления дорожной одежды; - установление закономерности, позволяющей определять допустимое снижение требуемого модуля упругости по мере увеличения общего срока службы дорожной одежды
Распределение фактических модулей упругости при испытаниях дорожных одежд кратковременной нагрузкой большей частью соответствует нормальному закону или усечённому нормальному закону для определения числа испытаний на том или ином участке дороги исходя из формулы где Еф - принимаемый в расчёт фактический модуль упругости одежды на участке.
Величина АЕ в принципе должна соответствовать точности определения модуля упругости в процессе испытаний. Однако эта точность зависит от измерительных приборов и в различных случаях может иметь несколько разные значения. С другой стороны испытания проводят с целью определения необходимости усиления дорожной одежды. Поэтому более целесообразно выразить величину ДЕ В зависимости от точности назначения слоя усиления Ah. Но величина Ah в процессе нового строительства и усиления связана с ровностью нижележащих слоев. По данным измерений, проведённых автором при укладке слоя усиления из асфальтобетона на изношенное существующее покрытие, наибольшие отклонения доходили до 0,5h (h- средняя толщина слоя) в ту и другую стороны. При этом среднее квадратическое отклонение составляло 1,8-2,2 см (коэффициент вариации Сь =0,25-0,35). При удовлетворительном и хорошем состоянии усиливаемого слоя величины Oh и Си снижались соответственно в 3-4 раза. По данным С.Ю.Рокаса и А.А.Римкявичуса при постройке новых асфальтобетонных покрытий ah=0,6-l,lcM и Ch=0,12-0,26 (в зависимости от ровности основания) [25,234,236,237]. Ровность дорожной одежды, при прочих равных условиях зависит от её прочности. Это иллюстрируют результаты исследований, проведённых с участием автора и с использованием данных Ю.М. Ситникова и О.А. Дивочкина по ровности [91, 95] (таблица 4.1).
Алгоритм анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной потенциальной опасности и назначения мероприятий по их ликвидации
Все эти методы требуют накопления статических данных не менее, чем за 12-15 лет по характеристикам водно-теплового режима и в первую очередь по влажности грунта. Однако накопление таких данных вызывает необходимость систематических измерений на значительной протяжённости, что, в настоящее время, за исключением отдельных опытных участков, неосуществимо.
Более доступен для практического применения метод агрометеостанций, основанный на использовании многолетних наблюдений за влажностью грунтов в открытом поле и возможностью установить определённую связь между нею и влажностью грунта земляного полотна. Эта связь достаточно ориентировочна, так как требует в процессе расчёта введения дополнительных показателей, включая теплопроводность слоев дорожной одежды и ряд коэффициентов, учитывающих конкретные условия, влияющие на водно-тепловой режим.
Для приведения результатов разновременных измерений к расчётному периоду О.Т. Батраковым и Ю.О. Балаценко предложен метод перерасчёта. Определённую сложность здесь составляет необходимость вскрытия дорожной одежды в контрольных точках и местах максимального прогиба [39].
С целью учёта влияния изменения прочности дорожной одежды в течение расчётного периода данного года определённое применение получили метод испытания контрольных точек, не требующий вскрытия дорожной одежды. Исследования, проведённые на дорожных одеждах с различными конструкциями и грунтово-гидрологическими условиями в разных дорожно-климатических зонах (таблица 4.2), показывает, что в течение расчётного периода ослабления дорожной одежды прочность её, характеризуемая упругим прогибом (модулем упругости), может изменяться в несколько раз.
В качестве примера на рисунке 4.4 приведены графики изменения модуля упругости одежды, определённого кратковременным нагружением, в весенний период с момента начала оттаивания грунта в двух различных точках одной из дорог в Республике Коми. В местах с более сложными климатическими и грунтово-гидрологическими условиями (кривая 1-3 тип местности, грунт суглини стый) разница между максимальным и минимальным прогибом больше, чем при благоприятных условиях (кривая 2-2 тип местности, грунт тот же). Это связано главным образом с там, что в первом случае имеет место более явно выраженное разуплотнение грунта.
Анализ проведённых исследований позволяет считать, что учёт изменения прочности дорожной одежды в расчётный период её ослабления на данном этапе целесообразно осуществлять путём разделения дороги на однообразные участки с выделением на них контрольных точек и вычисления коэффициентов изменения прогиба. Для однообразного участка должна быть характерна достаточная однородность показателей, определяющих прочность одежды. При этих условиях можно полагать, что изменение прогиба (модуля упругости) на контрольной точке характеризует относительное изменение этих показателей на всём данном участке.
Исходя из сказанного, каждый однообразный участок должен иметь максимально схожие: конструкцию дорожной одежды, грунт земляного полотна (во всяком случае в зоне активного динамического деформирования), тип местности по условиям увлажнения, интенсивность движения, приведённую к расчётному автомобилю, общую технологию постройки дорожной одежды и качество применяемых материалов.
Рассмотренные вычисления, особенно до определения расчётного модуля Ер, проще производить непосредственно с величинами вертикальных деформаций без вычисления модулей упругости на контрольной точке в различные дни, что и рекомендовано делать в официальных документах для условий испытаний статической нагрузкой [122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 144].
Но в случае проведения испытаний установкой динамического нагруже-ния с падающим грузом и жестким штампом величина динамического усилия 0, уточнённая с помощью формулы, может при одной и той же высоте сбрасывания груза быть разной при различных соотношениях ill, что вполне вероятно при испытаниях на контрольной точке в разные дни. Кроме того, в разные дни возможно применение установок с несколько отличающимися параметрами, например массой падающего груза М, жёсткостью пружины, характеризуемой 8t-, или высотой падения груза Нг. Это естественно приводит, к некоторому изменению динамического усилия и соответственно нагрузке Р на дорожную одежду. В результате отмеченных обстоятельств величины упругих деформаций С дорожной одежды не будут полностью сопоставимы. В то же время, величины модулей упругостей, определяемые по формуле, практически не чувствительны к указанным изменениям в реально возникающих небольших пределах, так как в малых пределах при нагрузках, существенно не превышающих расчётную (-0,6 МПа), зависимость между Р и I практически на всех дорожных одеждах соответствует или очень близка к линейной.
Как было отмечено в методических указаниях [131] В.К. Апестина рекомендовано в формулу вместо Етах подставлять величину ср, соответствующую некоторому наиболее характерному для всего расчётного периода состоянию одежды. Аналогично в формулу (4.1,9) должно вместо Ектах быть подставлено значение Еср, соответствующее ср. Такой подход позволяет избежать получения в данный расчётный период заниженных значений модуля упругости Ер , поскольку величина Ек тщ обычно имеет место достаточно короткий промежуток времени (иногда менее суток). Это видно по рисунку 4.4. Указанная рекомендация в принципе правильна в случае проведения испытаний в расчётный год. По существующим представлениям расчётный год, являясь наиболее неблагоприятным за срок службы данного типа покрытия Тсл , возникает за этот период один раз. Естественно, что вероятность попадания испытаний на этот год не велика. Приведение модуля упругости или упругой деформации ко дню наибольшего ослабления в расчётный период данного года позволяет приблизить эти показатели к расчётному году.
Анализ результатов многолетних испытаний на полигоне Республики Коми и результатов других исследований, включая показывает, что в данном случае методика обработки результатов в любой год испытаний сближает эти результаты с величинами модулей упругости, которые могут быть получены способом, рекомендованным в методических указаниях [143].
Прогибы (модули упругости), соответствующие периоду наибольшего ослабления дорожной одежды
Определение значений Етр с применением величины Np, вычисленной по формуле (4.29), показано, что в данном случае значение Етр получается почти на всём интервале возможного изменения величины t такое же, как и при расчёте по зависимости (4.27) и (4.28). Расхождение возникает только при t близком к Тсл (t 0,8Tc;i). Дело в том, что формула (4.29) по своей сущности исходит из тех же предпосылок, что и выражение (4.23) и обладает теми же особенностями при t близком к Тсл. Как было показано формула (4.26) в несколько большей степени соответствует реальным условиям. Кроме того, она более наглядно иллюстрирует характер изменения ETpt.
Исходя из сказанного, не отрицая возможности пользования зависимостью (4.29), особенно в случае внесения в неё уточнений, аналогичных уточнениям сделанным в формулах (4.25) и (4.26), имеет смысл более целесообразным рекомендовать для определения Е выражения (4.26) и (4.27). Последнее для случая определения Kt по графику (рисунок 4.7) или специальной таблице, получены с помощью формулы (4.28).
Испытания на всём протяжении обследуемой дороги (линейные испытания) желательно проводить в дни, достаточно близкие к моменту наибольшего ослабления дорожной одежды. Но точно прогнозировать наступление этих дней в настоящее время практически невозможно. Кроме того, желательно максимально продлить период испытаний для охвата большей протяжённости дороги.
В связи с этим, используя при обработке результатов испытаний методику, целесообразно эти испытания начинать на каждом однообразном участке с момента, когда на соответствующей контрольной точке отмечена чёткая тенденция к снижению прочности (увеличение упругой вертикальной деформации, снижение модуля упругости).
Целесообразно, чтобы на каждом данном однообразном участке испытания были закончены вскоре после начала увеличения прочности дорожной одежды (устойчивое снижение упругой деформации и увеличение модуля упругости). Чтобы этого достичь, следует заранее спланировать линейные испытания, начав их в местах более раннего ослабления дорожной одежды и грунта земляного полотна. На большей части территории нашей страны, где имеет место сезонное промерзание дорожной одежды и грунта, к таким местам следует относить более южные участки обследуемой дороги, открытые участки, особенно с уклоном в южную сторону.
Методика проведения линейных испытаний кратковременной нагрузкой и методика обработки их результатов для обследований средствами малой и средней производительности и оборудования высокой производительности должна быть различной. Это связано с тем, что в случае применения оборудования малой и средней производительности число испытаний на каждом однообразном участке должно соответствовать требованиям. При использовании оборудования высокой производительности легко обеспечить число испытаний, заведомо превышающее их количество, соответствующее требованиям что упрощает процесс испытаний.
При проведении линейных испытаний оборудованием малой и средней производительности, поскольку для определения необходимого числа испытаний нужны данные о коэффициенте вариации модулей СЕ и среднем значении фактических модулей Еф на однообразном участке, целесообразна следующая последовательность: - проведение испытаний в количестве п, близком к наиболее вероятному необходимому их количеству пи; -определение в соответствии с необходимым количеством испытаний пи; - проведение дополнительных испытаний ng, если пи п, в количестве ng= пи-п. Анализ результатов испытаний, выполненных на различных дорожных одеждах, показывает, что для обеспечения первоначального количества испытаний п на каждом километре однообразного участка достаточно проводить по 20 испытаний [118, 119]. При размещении точек испытаний на участках дорожной одежды для исключения систематической ошибки можно применить метод рандомизации, используя ряд случайных чисел. Однако в этом случае несколько осложняется подготовка к испытаниям и их проведение. Организационно более удобно точки испытаний размещать через равные интервалы длины дороги. При 20 испытаниях на 1 км дорожной одежды указанный интервал составит 50 м. Обработка результатов испытаний с размещением точек этих испытаний на основе метода рандомизации, а также при равномерном их размещении через 50 м показывает, что уже при 20 испытаниях среднестатистические (средние) значения модулей упругости при том и другом способе размещения точек обычно имеют расхождения в пределах 2-3%, что ниже допустимых значений ДЕ. В связи с этим для массовых испытаний целесообразно рекомендовать размещение точек испытаний через равные интервалы в 50 м. Метод рандомизации следует применять при испытаниях в исследовательских целях. Следует отметить, что определение необходимого числа испытаний пи по данным испытаний в случае п пи не совсем корректно. Однако практически в пределах данного однообразного участка обычно п сравнительно близко к пи и ошибка при вычислении пи , как показали расчёты не превышает 5-7%, что в данном случае вполне допустимо, так как при п 20 указанная ошибка в определении пи в подавляющем большинстве случаев не приводит к отклонению в значении среднего модуля упругости больше АЕ . Это, в частности, видно из сопоставления данных рисунка 4.2 и таблицы 4.2. Точки дополнительных испытаний в соответствии с их количеством ng в процессе массовых испытаний, исходя из высказанных соображений, целесообразно равномерно разместить между точками ранее проведённых испытаний. При испытаниях в исследовательских целях следует на основе метода рандомизации дополнительные точки разместить, используя продолжение ряда случайных чисел, на основе которого проведены первоначальные испытания.
Обработка результатов испытаний оборудованием малой и средней производительности должна включать построение графиков изменения модулей упругости по дням, аналогично, приведённому на рисунке 4.4, вычисление коэффициентов изменения прогиба (модуля упругости) КИЗмі, по формуле (3.19) вычисление расчётных значений модулей упругости Ер с применением зависимости (4.20) и определение средних величин расчётного модуля Есрр на участке по результатам пи испытаний (при п пи) и п испытаний (при п пи).
