Содержание к диссертации
Введение
1. Искусственные неровности проезжей части как средство повышения безопасности движения 9
1.1. Скорость движения как фактор уровня безопасности движения 9
1.2. Опыт применения искусственных неровностей проезжей части для принудительного снижения скорости движения автомобилей 18
1.3 Анализ дорожно-транспортных происшествий в местах устройства искусственных неровностей 37
Выводы. Цели и задачи исследований 46
2. Обоснование требований к конфигурации и размещению инпч на автомобильных дорогах 49
2Л. Классификация ИНПЧ 49
2.2. Система факторов и нормативов, определяющих требования к проектированию ИНПЧ 54
2.3- Физико-математическое моделирование проезжасмости ИНПЧ 63
2.3.1. Расчет динамических факторов проезжасмости ИНПЧ 65
2.3.2. Расчет геометрических факторов проезжаемости ИНПЧ 71
2.4. Методика проведения натурных и экспериментальных исследований 79
Выводы 90
3. Исследование режимов движения автомобилей на участках дорог с инпч и их воздействия на прилегающую зону 92
3.1. Влияние ИНПЧ на скорость движения автомобилей в различных условиях 92
3.2. Влияние ИНПЧ на траектории движения автомобилей 103
3.3. Определение вибрацонных воздействий при наезде автомобилей на ИНПЧ 109
3.4. Оценка влияния ИНПЧ на пропускную способность 121
3.5. Оценка водителями целесообразности применения ИНПЧ 122
Выводы - 126
4. Разработка практических рекомендаций по проектированию ИНПЧ 129
4.1. Обоснование целесообразности, типа и параметров ИНПЧ 129
4-2. Принципы размещения ИНПЧ на участке дороги 132
4.3, Дополнительные мероприятия по обеспечению эффективности действия ИНПЧ 135
Выводы 139
Общие выводы 140
Библиографический список
- Опыт применения искусственных неровностей проезжей части для принудительного снижения скорости движения автомобилей
- Система факторов и нормативов, определяющих требования к проектированию ИНПЧ
- Влияние ИНПЧ на траектории движения автомобилей
- Принципы размещения ИНПЧ на участке дороги
Введение к работе
Одной из острейших социальных проблем в мире является проблема высокого уровня аварийности на автомобильных дорогах всех стран мира, постоянно растущего числа погибших и пострадавших в дорожно-транспортных происшествиях. Проблема обеспечения безопасности дорожного движения становится глобальным вызовом для всего человечества [1,83, 96].
Дорожно-транспортные происшествия оказывают влияние на экономическое и социальное развитие многих стран. На национальном уровне они приводят к экономическим потерям, равным 1-3% от валового национального продукта. По данным Всемирного банка, в результате дорожно-транспортных происшествии глобальные экономические потери в мире составляют 500 млрд американских долларов в год [1].
В России после определенного снижения числа дорожно-транспортных происшествий в период с 1991 по 2000 год вновь зафиксирован резкий рост аварийности с 157,6 тысяч в 2000 году до 184,4 тысяч в 2002 году [47].
Ежедневно на дорогах страны в результате этих происшествий гибнет более 90 человек и около 600 человек получают ранения. При этом около 8% травмированных это молодые люди в возрасте от 7 до 16 лет. Так только в 2002 году в ДТП ранено 22024 детей (от 7 до 16 лет), 1608 из них погибло.
В России количество погибших в ДТП в перерасчете на численность автомобильного парка и авт-км пробега в 5-Ю раз больше, чем в странах Европы. Потери от ДТП составляют более 1 млрд американских долларов в год [1],
Аналогичные пиковые ситуации в аварийности на автомобильных дорогах наблюдались практически во всех европейских странах и США в начале 70-х годов ХХв. Затем тенденция изменилась, и к 2000 году число
гибнущих в результате ДТП на дорогах большинства развитых стран, несмотря на продолжающийся рост моторизации, сократилось на 50-60% [1].
Анализ мероприятий, позволивших добиться таких результатов, свидетельствует о том, что в значительной степени они были связаны с внедрением мероприятий, направленных на принудительное ограничение скорости транспортных средств в местах повышенной опасности [1, 47, 62, 83, 96]-
О целесообразности внедрения искусственных неровностей проезжей части (ИНПЧ) на автомобильных дорогах у нас в стране указывается в работах таких ведущих ученых, как В.Ф. Бабков, Г.И. Клинковштейн, Н.Б. Афанасьев [9, 45], а также подтверждается в практической деятельности отдельных региональных ГИБДД, в том числе и на территории г_ Волгограда. Вместе с тем достаточных исследований области применения, методики проектирования таких неровностей, степени их воздействия на транспортные средства и прилегающую зону у нас в стране до настоящего времени не проводилось- Таким образом, вышеизложенное определяет актуальность данной диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с областной целевой программой «Обеспечение безопасности дорожного движения на территории Волгоградской области» на 2003-2005 годы, утвержденная Волгоградской областной думой 26 декабря 2002 г,, №18/591.
Научная новизна работы. Впервые разработаны функциональная и геометрическая классификации искусственных неровностей проезжей части; установлена система факторов, требований и нормативов, определяющих принципы проектирования ИНПЧ; разработана математическая модель взаимодействия передних колес автомобиля с искусственными неровностями, позволяющая определить величину вертикальных ускорений, возникающих в результате наезда на ИНПЧ, при различных скоростях движения; экспериментально определена зона влияния ИНПЧ на скорость автомобилей.
Практическая значимость заключается в разработке практических рекомендаций по проектированию и размещению искусственных неровностей проезжей части на отдельных участках автомобильных дорог, позволяющих обоснованно, с учётом взаимодействия транспортных потоков с ИНГТЧ, установить тип неровности, назначить её размеры, определить требования к размещению и необходимому обустройству на дороге, которые позволят обеспечить выбранное значение «вынужденной скорости» в зоне влияния неровности.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Международном научном симпозиуме «Безопасность жизнедеятельности, XXI век» (Волгоград, 2001 г.); VI Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 13-16 ноября 2001 г., ежегодных научно - технических конференциях профессорско - преподавательского состава ВолгГАСА (Волгоград, 2002, 2003 тт.).
Реализация.работы. Результаты исследований внедрены в «Рекомендациях по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах» (Отраслевой дор. метод, док. / Росавтодор Минтранса России) и при разработке схем организации движения в зоне ИНПЧ на дорогах в г. Волгограде.
Публикации, По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, трех приложений и содержит 152 страницы машинописного текста, 105 рисунков, 16 таблиц. Библиографический список включает 118 наименований, в том числе 10 на иностранных языках.
В первой главе анализируется опыт применения искусственных неровностей (ИНПЧ) в России и за рубежом. Рассматриваются различные конструктивные решения неровностей, используемые в зависимости от степени воздействия на водителей, скорости движения транспортных средств и условий^ складывающихся на дороге, Приводится статистика до-
рожно-транспортных происшествий в России и за рубежом в местах устройства искусственных неровностей проезжей части, а также по всем участкам дорог, выбранным в качестве тех, на которых целесообразно устройство ИНПЧ. Формулируется цель и задачи исследования.
Во второй главе приводятся функциональная и геометрическая классификации искусственных неровностей проезжей части; рассматривается система факторов и нормативов, определяющих принципы проектирования И1-ІПЧ; приводятся методики расчета: вертикальных ускорений в любых точках неровностей, в зависимости от их размеров и конфигураций, а также от скорости движения транспортных средств; по определению геометрических и динамических факторов проезжаемости ИНПЧ; описываются методики натурных и экспериментальных исследований за скоростными режимами автомобилей, а также по оценке вибрационного воздействия на прилегающую зону и на людей,
В третьей главе описываются результаты натурных и эксперимент тальных исследований: по влиянию ИНПЧ на скорость и траектории движения автомобилей; влиянию наличия разметки ИНПЧ на скорость движения автомобилей; оценке вибрационного воздействия на прилегающую территорию и на людей. Оценивается влияние ИНПЧ на пропускную способность дороги. Приводится методика проведения социологического опроса среди водителей по оценке целесообразности применения на улицах и дорогах ИНПЧ,
В четвертой главе приводятся практические рекомендации по проектированию искусственных неровностей проезжей части для влияния на режимы и безопасность движения, которые включают в себя принципы решения следующих вопросов:
понятие и порядок выбора величины «вынужденной скорости»;
ограничения по применению ИНПЧ;
выбор типа и определение размеров ИНПЧ;
принципы размещения ИНПЧ на участке дороги;
- дополнительные мероприятия по обеспечению эффективности дей
ствия ИНПЧ;
- требования к материалам для ИНПЧ в зависимости от целей и про-
*Г должытельности их действия.
*.
Опыт применения искусственных неровностей проезжей части для принудительного снижения скорости движения автомобилей
Опыт многих стран свидетельствует о том, что установка дорожных знаков, ограничивающих скорость движения, не дает желаемого эффекта. Так, исследования, проведенные во Франции, показали, что доля несоблюдения требований дорожных знаков, ограничивающих скорость движения, составляет примерно 70—80%. За несоблюдение установленного скоростного режима во Франции ежегодно подвергается штрафу 150 тыс. водителей, т. е. 25% всех нарушителей [62].
В России, как уже указывалось выше, 70% нарушений правил дорожного движения связано с превышением допустимой скорости.
Поэтому представляется весьма целесообразным изучение опыта принудительного ограничения скорости движения транспортных потоков, применяемого в особых случаях в мировой практике уже достаточно длительное время с использованием таких активных средств, как искусственные неровности проезжей части [1, 9, 62, 89]. В последнее время этот опыт стали использовать в практике организации движения на городских дорогах и у нас в стране.
Искусственные неровности, появившиеся впервые в Великобритании, представляли собой длинные поперечные «взбугривания» параболического вида («Road humps») со стрелой подъема 7,5-10 см и шириной в основании 3,5-4 м, получившие среди водителей наименование «спящий полисмен».
Перед взбугриванием за 600, 270, 45 и 18 м последовательно дублировался знак «неровная дорога» с дополнительной табличкой (рис. 1,2.1). На самом взбугривании наносят белой краской треугольник, ориентированный вершиной по направлению движения. Скорости на участках устройства таких сооружений снижались в среднем на 37%, а количество дорожно-транспортных происшествий на 61% [9]. к 3 Рис. 1.2Л, Искусственные волнообразные неровности в качестве средства снижения скорости движения; а - соотношение размеров неровности и автомобиля; б - поперечное сечение неровности; в — схема размещения искусственных неровностей и дорожных указателей (при левостороннем движении), принятая в Англии. Цифры на этом рисунке обозначатся: номера дорожных знаков и указателей, приведенных на чертеже
Такая результативность воздействия на режимы движения, с одной стороны, и стремление их использования в различных условиях с наименьшими отрицательными последствиями, с другой стороны, породили их активное использование и большое разнообразие конструктивных решений- В США [2, 118] им дали название «трясущие полосы», которые используются на участках дорог, где от водителей требуется чрезвычайная осторожность и где обычные средства управления движением, такие, как дорожные знаки и (или) мигающие красные фонари, оказались явно неэффективными. Это слегка возвышающиеся над уровнем проезжей части полосы из асфальта, пластика или другого материала, расположенные поперек полосы движения проезжей части в месте приближения транспортных средств к опасному участку дороги. Каждая такая полоса имеет высоту обычно от 7,5 до 15 см и ширину от 1,5 до 2,5 м. Несколько таких полос, расположенных поперек проезжей части, вызывает тряску транспортных средств, предупреждая тем самым водителя об опасности. Чаще всего «трясущие полосы» устанавливают в местах приближения транспортных средств к опасным участкам дорог. Важное значение имеет правильный расчет расстояния между стрясущими полосами» и опасным участком дороги. Если это расстояние будет слишком коротким, то у водителя не будет достаточно времени для реакции, а если оно будет слишком большим, то водитель может не понять, что тряска связана с приближением к опасному участку дороги [2, 118].
Анализ различных зарубежных и российских источников [I, 2, 9, 62, 89, 118] позволяет говорить о том, что главная цель использования ИНПЧ - это принудительное ограничение верхнего предела допустимой скорости. Причем в разных странах величина этого предела различна: - до 20 км/ч на отдельных участках городских улиц в Финляндии и Нидерландах; - до 30 км/ч в большинстве стран, где используются ИНПЧ; - до 40 или 50 км/ч в Австрии, Болгарии, Италии, Норвегии, Финляндии, Чешской Республике.
Следует также отметить, что специалисты разных стран для достижения одинаковых результатов приводят различные параметры ИНПЧ. Так в Бельгии, например, для ограничения скорости до 30 км/ч дорожные «бугры» имеют длину 4-4,8 м, а в Швейцарии в соответствии со стандартом 640285 Союза профессиональных дорожных рабочих их протяженность не может быть менее 5 м. Наиболее же часто для достижения скорости 25-30 км/ч используются неровности высотой 100-120 мм и длиной 3,7-4,0 м.
Нет единого мнения и о форме используемых ИНПЧ. В разных странах используются дорожные «бугры» трех форм: округлой, синусоидальной и трапециевидной с длиной в основном 3,7-4 м для первых двух форм и 4-7 м - для последней (длина склонов - по 1 м, длина верхней плоской части - 2-5 м),
Система факторов и нормативов, определяющих требования к проектированию ИНПЧ
В соответствии с принципом связности в системе факторов» влияющих на проектирование ИНПЧ» определены направления прямых, обратных функциональных и других связей в общей системе связей (рис, 2.2Л), которые в процессе настоящего исследования предстоит исследовать и ус тановить целесообразность уровня и степени их учета при проектировании инпч. Учет принципов модульности и иерархии цели и задач в системе про ектирования ИНПЧ позволил разработать систему задач и модулей требований к различным элементам системы ИНПЧ и их составляющим, которые представлены на рис. 2.2.2,
Так как связи между отдельными элементами системы представляют собой зависимости, которые будут определяться в значительной степени по результатам многочисленных натурных наблюдений, физического и математического моделирования, то? безусловно, необходимо будет соблюдать и принцип неопределенности или надежности получаемых результатов и устанавливаемых связей.
Предложенные схемы (рис. 2.2.1, рис. 2.2.2) разработаны с учетом принципа развития и могут быть легко дополнены или трансформированы при получении новой или дополнительной информации о взаимодействии отдельных элементов системы или связей меэду ними.
Так как рассматриваемые модули требований (рис. 2.2,2) в определенной степени связаны с существующей системой стандартных требований по уровням ограничения скоростных, вибрационных, шумовых воздействий, уровням безопасности по воздействию выхлопных газов, то следует определить их допуски, используемые в данной работе. Допуски по скорости: О км/ч - для ограничения скорости на ИНПЧ используемых, для остановки транспорта перед железнодорожными переездами; 30 км/ч -для ограничения скорости на ИНПЧ, используемых для принудительного ограничения скорости в «30-километровых зонах» и других местах повышенной опасности с интенсивным движением детей и других пешеходов;
Так как искусственные неровности на дорогах представляют собой определенные препятствия, устраиваемые для принудительного ограничения скорости транспортных средств (ТС), то, безусловно, размеры ИНПЧ должны назначаться исходя из возможности их проезда транспортными средствами на определённых, «вынужденных скоростях». Величина этих скоростей, с одной стороны, должна обеспечивать проезд ИНПЧ без физических повреждений транспортных средств, а, с другой стороны, характер воздействий ИНПЧ должен вынуждать водителей двигаться с вполне определёнными с точки зрения верхнего предела скоростями автомобилей, определяемыми условиями движения и связанными с ними ограничениями скоростного режима. Эти скорости можно назвать «вынужденными скоростями».
Для описания условий преодоления транспортными средствами препятствий на дорогах используют термины проходимости ТС [32] или проезжаемости дорог [108, 109],
При этом «под проходимостью АТС» следует понимать способность его двигаться по плохим дорогам и вне дорог, преодолевая встречаюшиеся на его пути естественные и искусственные препятствия без вспомогательных средств» [32].
Под проезжаемостью автомобильной дороги понимают возможность проезда одиночных автомобилей различных типов с минимально допустимой [109] (или «.-.с заданной „.» [108]) скоростью в различные периоды года.
Для описания условий проезда по ИНПЧ нами предлагается использовать понятие проезжаемость ИНПЧ, под которой следует понимать возможность проезда одиночных автомобилей различных типов с вынужденными скоростями.
Под вынужденной скоростью предлагается понимать верхний предел скорости ТС, который из-за средств принудительного воздействия водитель вынужден выбирать для движения ТС на отдельных участках автомобильных дорог.
Для описания и учёта условий проезжаемости ИНПЧ необходимо учитывать динамические и геометрические факторы. К числу динамических факторов, которые необходимо учитывать при проектировании ИНПЧ, следует отнести: - величину вертикального ускорения возникающего при наезде на ИНПЧ (««щ М/С2); - коэффициент сцепного веса (А МВДД характеризующий уменьшение величины сцепного веса при наезде на ИНПЧ,
К числу геометрических факторов следует отнести: - проезжаемость ИНПЧ по клиренсу (дорожному просвету) (с), (рис. 2.3.1); - проезжаемость ИНПЧ по положению низшей точки относительно осей колес автомобиля, т.е. по продольному радиусу проходимости (ДД (рис. 2.3.1); - проезжаемость ИНПЧ по переднему и заднему углу свеса автомоби ля (У УД (рис. 2.3.1).
Влияние ИНПЧ на траектории движения автомобилей
Сравнительный анализ скорости движения автомобилей при проезде ИНПЧ в дневное и ночное время (рис. ЗЛЛ-3.1,2, 3.1.5-ЗЛ.8) показывает следующее.
В связи с тем, что на всем протяжении исследуемых участков прослеживается плохая видимость и отсутствует достаточное освещение, скорость транспортных средств по мере приближения к ИНПЧ падает на 40-50%. В результате чего скорость движения снижается с 32-67 км/ч до 14-38км/ч, Наряду с этим скоростные режимы автомобилей в темное время суток, движущихся с наиболее высокими скоростями (85-95% обеспеченности), возрастают на 8-15% по сравнению со скоростными режимами в дневное время суток- Это объясняется тем, что ночью интенсивность движения снижается с 200-400 авт/час до 100-150 авт/час, при этом у водителей отсутствуют всяческие помехи в процессе движения, появляется чувство главенства на дороге. В свою очередь, наиболее медленно движущаяся часть автомобилистов, соблюдая правила дорожного движения, а также требования дорожных знаков (ГОСТ 10807-78), движется со скоростями на 3-5% ниже скоростей, допускаемых в дневные часы.
Общий анализ скоростных режимов движения на подходах к двойным ИНПЧ и между ними позволяет установить величину отрицательного ускорения на подходах к ИНПЧ и между ними, а также ускорение разгона между ИНПЧ и после них (табл. 3.1 Л).
Используя полученные результаты и известные зависимости, характеризующие равнозамедленное и равноускоренное движения, построим графики зависимости скорости движения между ними, что необходимо для обоснования расстояния между неровностями, исходя из установления определенной границы максимальной скорости, допустимой между ИНПЧ (рис. ЗЛ,9).
Как показали наблюдения искусственные неровности при их горизонтальном поперечном профиле, практически не оказывают влияния на траекторию движения переезжающих их автомобилей. Вместе с тем в отдель случаях устройство ИНПЧ целесообразно т участках автомобильных дорог, имеющих небольшой продольный уклон. В таких местах, как показывает международный и российский опыт, устрашаются неровности., имеющие не горизонтальный, а циркульный или тр&иециешщішй поперечный профиль (рис. 3.2J), что позволяет обеспечивать необходимый продольный водоотвод.
Общий ыш {а) и схема ф) неровности, имеющей полоре-шьш профиль \ Іаблюденш за движением автомобилей в зоне таких НІ ПІЧ показали, -по водители существенно Ммешкп траекторию движения (см. рис. 3.2.2) КАК на одиночных, тш и на повторяющихся ИНПЧ. При этом до 40% автомобилей приближаются к бордюру или кромке проезжей части па расстояние до 75 емй в то время как на участках без ИНГГП это расстояние в среднем составляло 2 м. Причем следует отмстить, что данная ситуация не а-висиі от интенсивности ДБИЖЄИЇШ, а только от поверенного профиля. Это особенно шно видно ичрйс, 3.23 па котором одна из неровностей имеет [оришнгалы-шй,а другая циркульный профиль
Анализ полученных графиков по оценке траекторий движения автомобилей на участках дорог с искусственными неровностями с высотой, уменьшающейся в сторону кромки проезжей части, свидетельствует о том, что: - по мере приближения к неровностям происходит изменение траектории движения автомобилей; - с точки зрения безопасности движения и смягчения силы удара передних колес автомобилей с ИНПЧ траектории движения транспортных средств приобретают криволинейный вид; - существенное изменение траекторий движения в ряде случаев также может быть связано с неудовлетворительными дорожными условиями на дорогах.
Принципы размещения ИНПЧ на участке дороги
Общие положения
Искусственные неровности проезжей части (ИНПЧ) целесообразно устраивать на участках автомобильных дорог, где, исходя из целей повышения безопасности дорожного движения, необходимо обеспечить движение транспортных средств с определённой «вынужденной скоростью». Под этим термином предлагается понимать величину верхнего предела скорости (v$$%)t которая создаётся у транспортного потока в резуль тате воздействия соответствующих активных средств в виде искусст венных неровностей проезжей части (ИНПЧ), преднамеренных изменений дороги в плане и обустройстве и т.п.
Величина «вынужденной скорости» определяется исходя из следующих условий и показателей: - места пересечения участков автомобильных дорог, расположенных в 30-километровой зоне или других местах с постоянным движением пешеходов с интенсивностью 300-60.0 пеш./час или на участках въезда в отдельные сооружения (платные парковки, привокзальные зоны и т.п.), - вынужденная скорость 10-15 км/час; - места прохождения участков автомобильных дорог Б зонах с интенсивным движением пешеходов до 300 пеш/час и, в частности, детей (школы, училища и т.п.), а также на участках входа в жилые зоны (30-километровые зоны) в населённых пунктах — вынужденная скорость 25-30 км/час; - участки подъездов к населённым пунктам — вынужденная скорость 50-60 км/час; - участки автомагистралей с ограниченным верхним пределом скоро сти с учётом требований безопасности и организации движения, регулиро вания пропускной способности — вынужденная скорость 100-120 км/час. Ограничения по применению ИНПЧ. ИНПЧ не применяют: - на участках автомобильных дорог с продольным уклоном более 30 %о\ - на участках дорог с интенсивным движением троллейбусов и крупногабаритных автобусов; - на остановочных площадках общественного транспорта или около них, на мостах, путепроводах эстакадах, в транспортных тоннелях и проездах под путепроводами.
Выбор типа и определение размеров ИНПЧ
В зависимости от требований к «вынужденной скорости», а также с учётом предстоящих условий эксплуатации и требований к характеру, виду и уровню воздействия ИНПЧ осуществляется выбор типа неровности в соответствии с предложенной функциональной и геометрической класси фикацией (см. п. 2.1),
Для проектирования микронеровности определяют уклон участка подъёма (/ищи), высоту (ЛИ1ШЧ) и длину (/инпч) неровности. Уклон участка подъёма микронеровности определяется по величине «вынужденной скорости» с использованием графика (рис. 4.1,1). Высоту микронеровности определяют с использованием расчётных зависимостей и схем геометрической проезжаемости для расчётного автомобиля (см. п. 2.3.2 и рис. 2.3.2Л).
Длину микронеровности назначают в пределах 40-60 см.
График зависимости вертикальных ускорений от скорости автомобилей и характера их воздействий ла водителя и автомобиль, для микронерошюстей высотой Л"0,2 м, при разном уклоне участка подъема (/, %а) Для проектирования макронеровности также определяют уклон участка подъёма Оинлч), высоту (ЛИнпч) и длину (/ИНПч) неровности.
Уклон участка подъёма макронеровности и её высота определяются по величине «вынужденной скорости» с использованием графика (рис. 4.1.2), а также допустимых вертикальных ускорений, действующих на автомобиль (см. п, 2.4, табл. 2 4Л).
