Содержание к диссертации
Введение
1, Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Значение износостойкости асфальтобетонных покрытий и ее влияние на эксплуатационное состояние дорога 8
1.2. Анализ выполненных исследований 13
1.3. Цель и задачи исследования 30
2 Теоретические основы изнашивания дорожных покрытий . 32
2.1. Анализ взаимодействия шин автомобиля с поверхностью дорожных покрытий 32
2.2. Основные физические процессы при взаимодействии колес автомобиля с поверхностью дорожных покрытий (контактные напряжения, тепловой эффект, трение, проскальзывание)
2.3. Классификация факторов износа асфальтобетонных покрытий 73
2.4. Научная гипотеза об износе асфальтобетонных покрытий от условий движения автомобилей 81
3. Экспериментальные исследования влияния температуры и влажности на износ асфальтобетона 96
3.1. Методика проведения экспериментальных работ, характеристика исходных материалов и смесей 96
3.2. Анализ результатов эксперимента 108
3.3. Натурные эксперименты измерения износа асфальтобетонных покрытий 119
4. Математическое моделирование износа дорожных покрытий . 137
4.1. Распределение движения по ширине проезжей части 137
4.2. Учет влияния температуры и влажности территорий в зависимости от регаональных особенностей 165
4.3. Основные положения методики прогнозирования износа асфальтобетонных покрьгаш
5. Общие выводы и зада чи дальнейших исследований 192
6. Библиографический список. 195
Приложения. 206
- Анализ выполненных исследований
- Основные физические процессы при взаимодействии колес автомобиля с поверхностью дорожных покрытий (контактные напряжения, тепловой эффект, трение, проскальзывание)
- Натурные эксперименты измерения износа асфальтобетонных покрытий
- Учет влияния температуры и влажности территорий в зависимости от регаональных особенностей
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных видов повреждений дорожных покрытий является их преждевременный износ под истирающим воздействием колес транспортных средств, в сочетании с изменяющимися метеорологическими условиями окружающей среды и проводимыми эксплуатационными мероприятиями.
Вследствие износа покрытия происходит его истирание, выкрашивание, шелушение и в последующем возможно образование колей или выбоин со значительной утратой ровности. При этом резко ухудшаются эксплуатационные качества дороги; ускоряется процесс разрушения дорожных покрытий; уменьшаются скорость движения, межремонтный пробег и производительность автомобилей; ухудшаются условия безопасности движения; создается дискомфорт для пассажиров.
Износ асфальтобетона является сложным процессом, его параметры трудно поддаются количественному определению. Для описания процесса износа во взаимосвязи с комплексом воздействующих на него факторов существуют только лишь весьма приближенные уравнения. Чаще всего износ устанавливают опытным путем.
Исследованию износа асфальтобетона и обеспечению шероховатости покрытий посвящены многие научные труды А.К. Бируля, Б.И. Ладыгина, В.К. Некрасова, P.M. Алиева, Н.В. Горелышева, В.М. Гоглидзе, Е.Н. Баринова, М.В. Немчинова, И.Н. Христолюбова, Г.А. Бонченко и др.
Настоящее исследование по прогнозированию износа асфальтобетонных покрытий следует рассматривать, как продолжение научных трудов многих авторов в данной области и оно направлено на их развитие и уточнение.
В последние годы имеет место заметный рост автомобильных перевозок, вызывающий существенное увеличение интенсивности движения и, как следствие, перегруженность значительной части дорог.
Как показывает опыт даже при выполнении всех требований стандартов и получении асфальтобетона высокого качества невозможно предотвратить развитие в покрытиях пластических деформаций, износа, образование колей, трещин и появление выбоин, снижающих сроки службы покрытий и эффективность эксплуатации автомобильного транспорта.
Появление большого количества современных скоростных автомобилей с улучшенными динамическими характеристиками и увеличение доли автомобилей особо большой грузоподъемности в значительной мере ускорили разрушение автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием. На асфальтобетонных покрытиях дорог все чаще наблюдаются пластические деформации, колеи и трещины, ускоряется их износ.
Длительное время при исследовании процесса разрушения покрытий основное внимание уделялось изучению трещинообразования и накоплению пластических и остаточных деформаций в слоях дорожных одежд и земляного полотна от воздействия движения грузовых автомобилей.
Однако в последние годы на некоторых участках ряда многополосных магистралей г.Москвы, а так же Германии, Швеции, Финляндии и других стран зафиксировано появление колей на левых полосах, где в основном двигаются легковые автомобили. При этом образование колеи на этих полосах происходит более интенсивно, чем на правых. Можно предположить, что причиной этого является не накопление остаточных деформаций в слоях дорожной одежды, а более интенсивный процесс износа поверхности покрытия при движении высокоскоростных легковых автомобилей.
Поэтому возникает необходимость изучения износа покрытия под истирающим воздействием колес автомобилей с учетом климатических факторов.
Дополнительными факторами, побуждающими исследование данного процесса, являются усиленный износ и образование колей на дорогах в районе светофоров, пересечений, на участках торможения и резкого старта автомобилей, что можно объяснить увеличением сил трения, возникающих в зоне контакта колеса автомобиля с поверхностью дорожного покрытия.
В выполненных к настоящему времени исследованиях недостаточное внимание уделено учету степени влияния температуры и влажности покрытия на износ, хотя хорошо известно их влияние на прочностные свойства асфальтобетона.
Исследования износа асфальтобетонных покрытий так же являются актуальными для дорог, расположенных в пересеченной местности, в условиях специфики горного рельефа с учетом резкого изменения влажности и температуры.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертации является разработка методики прогнозирования износа дорожных покрытий с учетом типов асфальтобетона, интенсивности и состава движения, температуры и влажности покрытия.
Для достижения этой цели решены следующие задачи:
выполнен анализ исследований по износу дорожных покрытий;
уточнены особенности механизма взаимодействия колес автомобиля с поверхностью дорожного покрытия для прогнозирования его истирания;
проведены экспериментальные исследования влияния температуры и влажности на процесс истирания асфальтобетона;
количественно оценено влияние интенсивности и состава потока автомобилей и распределения следов шин по ширине дороги на износ асфальтобетонных покрытий;
разработана методика прогнозирования износа асфальтобетонного покрытия с учетом влияния температуры, влажности покрытия и параметров транспортного потока.
Научная новизна работы
• Экспериментально установлены зависимости износа асфальтобетона от его типа, температуры и влажности, положенные в основу разработки метода оценки износа асфальтобетонных покрытий.
• Уточнены особенности взаимодействия автомобиля с поверхностью дорожного покрытия и разработаны предложения по их учету при прогнозировании износа.
• Предложена математическая модель распределения следов
колес автомобилей по ширине проезжей части дороги.
• Разработана методика прогнозирования износа асфальтобетонных покрытий, основанная на учете влияния температуры, влажности и параметров транспортного потока.
Практическое значение диссертационной работы.
Методика прогнозирования износа асфальтобетонных покрытий позволяет оценивать износ конструкции дорожных покрытий и может быть использована на стадиях инженерных изысканий (обследованиях), проектирования, строительства и эксплуатации дорог. В частности проектные организации и эксплуатационные службы смогут устанавливать, какая часть общей глубины колеи вызвана износом, и тем самым выбирать эффективные материалы для строительства и ремонта дорожных покрытий.
Предложено оборудование для экспериментального определения износа различных типов асфальтобетонов с учетом изменения температуры и влажности.
Предложен способ определения износа асфальтобетонного покрытия в натурных условиях на участке автомобильной дороге М-1, Москва - Минск.
На защиту выносятся:
• уточнение теоретического подхода к прогнозированию износа дорожных покрытий от воздействия колес различных типов автомобилей;
• экспериментальные зависимости износа асфальтобетонных покрытий от температуры, степени увлажнения, типа асфальтобетона и каменного материала в его составе;
• принцип учета водно-теплового режима покрытия при прогнозировании износа;
• методика прогнозирования износа асфальтобетонных покрытий с учетом истирающего воздействия колес автомобилей, температуры и влажности.
Реализация работы. Методика определения износа асфальтобетонного покрытия в натурных условиях с помощью цементобетонных конусов (реперов) была применена на участке автомобильной дороги Ml, Москва-Минск.
Теоретические положения диссертационной работы, методика
прогнозирования и определения износа асфальтобетонных покрытий, учитывающая истирающее воздействие колес автомобилей и влияние климатических условий местности, использовались на кафедре «Строительства и эксплуатации дорог» МАДИ (ГТУ) в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 291000.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 58-, 59-й научно-методической и научно-исследовательской конференциях МАДИ (ГТУ) в 2000-2001гг.
Публикации. Опубликовано 8 научных статей, в том числе 4 научные статьи по результатам выполненных исследований.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и задач для дальнейших исследований, изложена на 249 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 43 таблицы и 5 приложений, библиографический список из 120 наименований.
Работа выполнена на кафедре «Строительство и эксплуатация дорог» в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете).
Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору В.П. Носову, научному консультанту, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Н.В.Горелышеву , заведующему кафедрой, доктору технических наук,
профессору А.П. Васильеву, сотрудникам кафедры строительства и эксплуатации дорог МАДИ (ГТУ), заведующему лабораторией НИИ Мосстроя, академику ЖКА, доктору технических наук, профессору В.Н. Кононову, заместителю директора Смоленского филиала СоюздорНИИ, кандидату технических наук В.И.Мястовскому и сотрудникам Смоленского филиала СоздорНИИ за поддержку и помощь при выполнении работы.
Анализ выполненных исследований
Исследованию износа, обеспечению износостойкости и шероховатости дорожных покрытий посвящены многие научные труды Г.Д. Дубелира, А.К. Бируля, В.М. Сиденко, Б.И. Ладыгина, Н.Н. Иванова, А.В. Карлсона, В.К. Некрасова, P.M. Алиева, Н.В. Горелышева, М. Я. Телегина, М.Д. Корсунского, В.В. Михайлова, М.А. Зелейщикова, В.М. Гоглидзе, М.В. Немчинова, И.Н. Христолюбова, Г.А. Бонченко, Е.Н. Баринова и др. В этих трудах [9, 10, 11, 23, 43, 70, 74, 75, 78, 88, 95, 101] затрагиваются некоторые аспекты исследования износа и его влияния на сроки службы дорожных покрытий. В некоторых из перечисленных научных работах приводятся результаты обширных наблюдений за износом асфальтобетонных покрытий, но без одновременного учета влияния влажности, температуры и условий движения.
Результаты исследований износа дорожных покрытий в натурных условиях для южных районов приводятся в работах 3. С. Бицкинашвили и А. И. Исмаил-ходжаева [13, 45]. Вопросам влияния различных факторов на износ покрытий посвящено значительное количество исследований. Некоторыми авторами довольно подробно исследованы отдельные этапы износа покрытий или износ конкретного материала покрытий и получены весьма ценные выводы, имеющие как теоретическое, так и практическое значение. Однако отсутствие единой методики определения износа в натурных и в лабораторных условиях, наиболее близко моделирующей натурные условия, затрудняет разработку единой научно обоснованной теории по оценке износа различных видов дорожных покрытий и их материалов. Поэтому исследование износа асфальтобетона в лабораторных условиях с использованием более совершенной аппаратуры наряду с натурными измерениями износа дорожных покрытий, является важной задачей.
В специальной литературе встречаются различные способы определения износа материалов дорожных покрытий, которые могут быть сгруппированы по принципу взаимодействия рабочего органа из резины с поверхностью испытываемого образца. Из этих способов менее совершенным является скольжение при вращении плоской резиновой плитки по плоской поверхности образца. Наиболее совершенным является воздействие катящегося резинового колеса натуральных или уменьшенных размеров по поверхности материала покрытия [9, 23].
Отечественными учеными изложены некоторые лабораторные способы и приборы для оценки износостойкости, которые в различной степени имитируют воздействие на асфальтобетон отдельных механических факторов. Одним из первых приборов для испытания асфальтобетона на износ был прибор Б.И. Ладыгина и др. [86], более совершенный прибор был разработан в ХАДИ [37]. Испытаниям подвергался асфальтобетонный образец диаметром 70мм, закрепленный в обойме прибора. В ходе испытания происходило вращение стального истирающего круга (с наклеенным слоем резины) и испытуемого образца в противоположные стороны. Показателем износа являлось потеря массы образца, отнесенная к его площади.
В Макеевском инженерно-строительном институте был разработан прибор, который в большей степени, чем предшествующие приборы, позволял имитировать натурные условия износа асфальтобетона [72]. В данном приборе истирающим элементом служит колесо легкового автомобиля. Показателем истираемости была принята величина потери массы образца после 20-минутного испытания, отнесенная к площади истираемой поверхности. В данном случае, как и в предыдущих приборах, была возможность имитации лишь одного из механических факторов износа (трения скольжения).
Одним из совершенных приборов являлся лабораторный прибор созданный в Грузинском политехническом институте профессором В.М. Гоглидзе. Прибор позволяет при испытании образца асфальтобетона имитировать воздействия на него трения качения и трения скольжения одновременно. За счет сил трения, возникающих в зоне контакта асфальтобетона с резиновым диском, испытуемый образец начинал вращаться. Показателем износа являлось потеря массы образца за время испытания. В. М. Гоглидзе в исследовании по оценке износостойкости асфальтобетона использовал это оборудование для экспериментального определения износа [23]. На основе физического моделирования износа в натурных и лабораторных условиях он выявил масштабный коэффициентов перехода от модельных испытаний к натурным и наоборот. Эта методика сопровождается сложностями в изготовлении оборудования и трудоемкостью проведения испытаний и расчетов.
Основные физические процессы при взаимодействии колес автомобиля с поверхностью дорожных покрытий (контактные напряжения, тепловой эффект, трение, проскальзывание)
Изменение условий взаимодействия шин автомобилей с дорожным покрытием по мере износа протектора Дорожные покрытия изнашиваются под воздействием сил трения, создаваемых шинами при движении автомобиля в зоне их контакта (касательных напряжений). Так как условия и параметры, влияющие на износ шин автомобиля в зоне контакта, в определенной степени влияют на износ дорожных покрытий, проанализируем основные физические процессы, которые возникают при их взаимодействии. В процессе эксплуатации шины из за износа ее протектора изменяются условия взаимодействия шины с дорогой, как правило, в худшую сторону (см. рис. 2.11). Полностью изношенные шины снижают тягово - сцепные качества автомобиля в два - три раза и уменьшают коэффициент сцепления с покрытием [1, 2]. Таким же образом можно наблюдать уменьшение коэффициента сцепления по мере уменьшения шероховатости (износа) дорожных покрытий, что доказано в работах [49, 78].
Интенсивность разрушения каркаса в зависимости от пробега и износа протектора изменяется по степенной функции. Основными факторами, определяющими изменение интенсивности разрушения в зависимости от износа протектора, является накопление усталостных повреждений в каркасе и снижение его прочности, а также уменьшение толщины протектора и снижение его экранизирующего свойства по мере износа.
Интенсивность изнашивания протектора зависит от условий эксплуатации подвижного состава, и в частности, от эпюры в зоне контакта шины с опорной поверхностью а, следовательно, определяется условиями взаимодействия шины с дорогой.
Поскольку эпюру нормальных напряжений в зоне контакта протектора шины с дорогой корректируют с помощью изменения, регулирования внутреннего давления в шине, то необходимо проанализировать влияние внутреннего давления в шине на эпюру нормальных напряжений.
От внутреннего давления воздуха в шинах зависят все основные эксплуатационные качества автомобиля, долговечность и работоспособность шин, следовательно, и износ дорожных покрытий. Изменение давления воздуха в шинах приводит к улучшению одних характеристик и ухудшению других. Для оптимальной работы шины необходимо строго соблюдать нормы давления воздуха в них, а в отдельных условиях эксплуатации умело корректировать в большую или меньшую сторону.
Работа деформации шины воспринимается сжатым воздухом и материалом шины. При нормальном прогибе шины около 60% этой работы затрачивается на сжатие воздуха, 40% - на деформацию каркаса и протектора, т.е. каркас и протектор воспринимает часть вертикальной нагрузки, а остальную - сжатый воздух. При увеличении нагрузки или при уменьшении давления воздуха увеличивается доля нагрузки на каркас, протектор и прогиб шины.
При деформациях шины нагреваются, из-за чего изменяется механические свойства материала, снижается прочность. От прогиба зависит статический радиус гс - расстояние от оси колеса до поверхности дороги при радиальном прогибе неподвижной шины, и радиус качения rk, который используют при расчетах движения автомобиля и для оценки свойств шины. При буксовании 1=0, n 0 rk=0, при скольжении "юзом" 1 0, n=0 rk =оо. Это условная величина, она не определяется непосредственным измерением.
При качении по мягкому грунту шины углубляются, площадь контакта зависит от конструкции шины, внутреннего давления и нагрузки. Можно подобрать величину давления воздуха в шине, при котором почти не образуется колея, создаются наиболее благоприятные условия для качения колеса.
Площадь контакта шины с дорогой зависит в основном от нагрузки и внутреннего давления. При малых нагрузках площадь контакта увеличивается в основном за счет деформации, и поэтому сжатие протектора увеличивается быстро и мало зависит от внутреннего давления в шине. При сверхнормативных нагрузках площадь контакта увеличивается в основном за счет больших деформаций боковых частей покрышек, и потому приращение значительно уменьшается. Давление Р в месте контакта шины с покрытием дороги при малых нагрузках быстро увеличивается и при определенной нагрузке и нормальном внутреннем давлении g становится равным ему; при увеличении нагрузки в некоторых пределах соотношение давлений Р в месте контакта шины и внутри шины g стабилизируется /(P/g) l/, а при сверхнормативных нагрузках резко увеличивается.
Для каждой шины соотношение нагрузки и внутреннего давления (P/q) свои. Их указывают в инструкциях по эксплуатации. Величину внутреннего давления в шине ориентировочно принимает такой, чтоб обеспечить относительный прогиб шины в пределах нормы. В практических условиях прогиб шины измеряют в долях от высоты профиля шины. При максимально допустимой нагрузке прогиб грузовых шин составляет 0,10...0,12 высоты профиля, а у легковых 0,12...0,14 (для большей комфортабельности). При повышенном внутреннем давлении в шине максимальное давление в зоне контакта на эпюре располагается по центру беговой дорожки. Понижение внутреннего давления против нормы вызывает увеличение давления вблизи периферии контакта, давление в центре падает, возникает так называемый "мостовой" эффект. А) Выявлено, что при движении автомобиля в различных режимах касательные напряжения имеют знакопеременный характер (см. рис. 2.13).
Из других факторов при выборе оптимальной величины внутреннего давления в шине учитывают деформацию материала шины при максимальной радиальной нагрузке, жесткостные показатели по управляемости и динамике автомобиля, состояние дорожного покрытия, температурные условия и т.д. Например, на плохих, неровных дорогах небольшое снижение
внутреннего давления (на 10...15%) может дать уменьшение динамических нагрузок шине и автомобилю в целом. При движении с большими скоростями по ровным твердым покрытиям повышенное внутреннее давление (до 20% относительно нормы) снижает нагрев шин и уменьшает износ шин (покрытия).
Для обычных шин величина давления Р в месте контакта шины с дорогой колеблется от 0,1 до 0,6 МПа, а поперечных касательных напряжений в отдельных зонах контакта - примерно до 0,25 МПа (см. рис. 2.12). Давление на площади выступов шины неравномерно не только на разных выступах, но и на каждом выступе - максимальное в середине выступа. Величина давления и касательные напряжения в месте контакта шины с дорогой определяют сопротивление качению, сцепление шины с дорогой, величину проскальзования шины относительно опорной поверхности.
Внутреннее давление воздуха в шине определяет неравномерность нормальных напряжений по ширине контакта протектора с дорогой, величину которой (неравномерности) рассматривают в качестве параметра эксплуатационного состояния шин легкового автомобиля. Степень неравномерности нормальных напряжений принято оценивать коэффициентом неравномерности - по величине отношения нормальных давлений Рк на крайних выступах беговой дорожки к давлению Р„ в центральной части пятна контакта у = Р,/Рц .
При увеличении внутреннего давления воздуха в шине и нагрузки на колесо снаряженного автомобиля "Волга" ГАЗ-24 нормальные напряжения в центре намного выше, чем на крайних ребрах протектора, которые практически остается недогруженными. В пределах каждого ребра нормальные напряжения также распределены неравномерно.
По мере уменьшения внутреннего давления эпюра нормальных напряжений выравнивается и в дальнейшем принимает вогнутый характер, нормальные напряжения в центральной части уменьшаются до 100 кПа, а на периферии резко возрастают до 300 кПа.
Натурные эксперименты измерения износа асфальтобетонных покрытий
Для определения и оценки износа покрытия в натурных условиях мы использовали достаточно простой и точный способ, который заключается в укладывании бетонных образцов - реперов в покрытие на уровне верхнего слоя. Образцы - репера в процессе эксплуатации дороги должны истираться равномерно и одновременно с асфальтобетонным покрытием. Методика измерения износа покрытия заключается в следующем (рис. 3.14). По мере одновременного износа дорожного покрытия и бетонных образцов — реперов происходит уменьшение толщины покрытия и высоты репера - h, мм. На момент определения величины износа покрытия, измеряют диаметр d] образца — репера конусовидной формы, и зная первоначальный диаметр d0 и угол заложения і = 1 : 1, можно определить износ покрытия Ah (мм) за определенный период времени по формуле: AA=(d,-do)/2, (3.6) где d-i - верхний диаметр образца-репера на момент измерения износа, мм; d0 - то же фиксированный первоначальный диаметр репера, do=40 мм. Подготовка и технология укладки образцов — реперов, предназначенных для измерения износа асфальтобетонного покрытия. Образцы (конуса) для определения износа покрытия, укладывались на участке 231 - 248км автомагистрали М - 1, Москва - Минск, во время устройства верхнего слоя покрытия. Материалы покрытия и их свойства приведены в приложении 2 данной диссертации, природно - климатические условия местности и характер движения транспорта приведены ниже.
Перед укладкой образцов (конусов) в асфальтобетонное покрытие, в лаборатории АБЗ ВФ ЗАО «Труд», дополнительно измеряли верхний, первоначальный диаметр конусов, и результаты заносили в ведомость измерений. Затем образцы (конуса) доставляли к месту укладки и обрабатывали битумной эмульсией. После укладки верхнего слоя покрытия комплексным дорожно-строительным звеном (потоком) раскапывали небольшие лунки в смеси, куда устанавливали конуса. За тем засыпали репера горячей песчаной асфальтобетонной смесью (с учетом коэффициента уплотнения) лопатами. Далее уплотняющими катками уплотняли асфальтобетонную смесь вместе с уложенными конусами. Причем высота реперов-конусов соответствовала толщине покрытия Н = 5см., а места их укладки на дороге в продольном и поперечном направлениях фиксировались и заносились в ведомость.
Изготовление образцов - реперов для измерения износа покрытия. Образцы - репера изготавливались следующим образом: Приготавливали бетонную смесь и заливали в специально изготовленные (выточенные), металлические конусные формы, затем уплотняли с помощью вибрастола. Необходимо отметить, что металлические формы должны быть предварительно очищены и смазаны маслом; спустя 24 часа бетонные образцы-репера освобождались от металлических форм, переносились в специальную камеру для термовлажностной обработки и выдерживались там до набора проектной прочности; после принятия бетонными образцами-реперами проектной прочности, их поверхность дополнительно шлифовали для придания четкого контура, с целью исключения ошибок при измерениях износа на дороге. При этом возможны были зафиксированы отклонения размера, от величины первоначального диаметра реперов - с10=40мм; затем бетонные образцы - репера пронумеровывали, замеряли первоначальный диаметр верхней части, и записывали в ведомость измерений.
Территория расположения дороги относится ко II дорожно-климатической зоне, характеризующейся умеренно-континентальным климатом. Средне годовая температура воздуха +5,2 С, абсолютный максимум +39 С, абсолютный минимум - 42 С. Наиболее холодное время года - первая декада февраля со среднесуточной температурой воздуха -12 С. Количество дней с температурой ниже О С -156 дней в году, выше +5 С - 171 день.
Среднегодовая сумма осадков 744 мм, из них выпадает: в теплый период года 453мм, в холодный - 251 мм. Промерзание почвы начинается с октября, но устойчивое промерзание наступает в 15 - 20 числах ноября. Высота снежного покрова 5% обеспеченности - 72 см. К 20-25 числам апреля почва оттаивает полностью. В годы сильного промерзания грунта оттаивание наступает в первой декаде мая. Продолжительность времени, когда грунт находится в мерзлом состоянии, составляет 150 - 160 дней. Средняя глубина промерзания почвы составляет 1,2 -1,4 м. Гололедные образования наблюдаются в среднем 15-16 дней в году, а в отдельные годы до 30 дней. Изморось повторяется чаще, чем гололед - до 22 дней в году. Повторяемость туманов от 23 до 41 дня в году, а самые сильные наблюдаются в ноябре - декабре. Средняя скорость ветра 3,3 - 4,2 м/сек., возможная скорость 5% обеспеченности - 24 м/сек.
Автомобильная магистраль М-1 Москва - Минск на участке км. 231 - 248 обслуживает преимущественно транспортные средства с грузами промышленного и сельскохозяйственного назначения, включая международные перевозки, осуществляемые крупнотоннажными транспортными средствами. На дороге имеется регулярное автобусное движение, обеспечивающее пассажирские перевозки - деловые связи и туристические маршруты.
Интенсивность и состав движения определялись по пункту учета на км. 227 сотрудниками ГП «РосдорНИИ» в 1997 г. Среднесуточная годовая интенсивность движения определена по методике ГП «РосдорНИИ» и составляет по участку 7190 авт./сутки. В составе транспортного потока преобладают легковые автомобили - 62% от всех транспортных средств.
Транспортный поток грузовых автомобилей различной грузоподъемности составляет — 36%. В настоящее время имеется тенденция увеличения доли сверхтяжелых автомобилей с высокими динамическими характеристиками, которые выполняют межгосударственные перевозки, и которые увеличивают вероятность возникновения ДТП на дороге. В составе грузового потока автопоезда составляют 3,5%. По экспертным оценкам ГП «РосдорНИИ» состав транспортного потока по типам автомобилей имеет тенденцию к изменению. Процент легковых автомобилей может несколько увеличиться, количество автобусов сохраниться на прежнем уровне.
Учет влияния температуры и влажности территорий в зависимости от регаональных особенностей
Основной задачей данного раздела является определение той части времени, в течение которой покрытие будет работать и при той или иной температуре или состоянии влажности, что необходимо знать при прогнозировании износа.
Для решения данной задачи необходимо использовать данные многолетних наблюдений за температурой наружного воздуха, влажностью и атмосферными осадками заданной местности или региона, которые можно получить в региональных (местных) метеостанциях. После соответствующей статистической обработки погодно-климатических данных можно определить период времени работы дорожного покрытия, в различных интервалах температуры или влажности.
В качестве первого примера в данной работе, при определении периода работы асфальтобетонного покрытия в различных интервалах температур (для климатических условий г. Москвы), была использована система, разработанная метеорологической обсерваторией МГУ. Количественная оценка температурного режима работы покрытия в период эксплуатации для условий г. Москвы получена с использованием этой системы. Ведомость наблюдений, составленная данной обсерваторией за январь 1986г., приведена в приложении 5 диссертационной работы.
Используя ежемесячные данные наблюдений по температуре воздуха, к примеру, за период 1985-1986гг и методы статистической обработки можно определить частоту или повторяемость интервалов температуры воздуха, а так же и количества дней с осадками для условий г. Москвы, которые необходимо учитывать при прогнозировании износа покрытия.
Для других регионов можно использовать данные климатических справочников. Например "Справочник по климату СССР" [93] состоит из 34 - выпусков. Каждый выпуск этого справочника составлен для отдельных районов местности и состоит из 5 частей. Каждая часть содержит отдельные, многолетние климатологические характеристики: в части I Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние; в части II температура воздуха и почвы; в части III - ветер; в части IV - влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров; в части V - облачность и атмосферные явления. В частности для условий Москвы, основные метеорологические параметры можно найти в соответствующих таблицах 8 выпуска "Справочника по климату СССР" [93]: 1) "Число дней со средней суточной температурой воздуха в различных пределах" - часть 2, раздел 1, таблица 6; 2) "Повторяемость (%) суточной амплитуды температуры воздуха в различных пределах (вне зависимости от состояния неба)" - часть 2, раздел 1, таблица За; 3) "Число дней с осадками различной величины" - часть 4, раздел 2, таблица 8; Те же самые климатологические характеристики, например, для условий Таджикистана можно найти в 31- выпуске. При обработке данных многолетних наблюдений можно получить повторяемость и функции распределения метеорологических параметров, которые должны быть использованы при прогнозировании износа покрытий для любой местности с учетом местных климатических условий. 1. Определение температурного режима работы дорожного покрытия.
В первом примере мы использовали данные по температуре наружного воздуха для условий г. Москвы и Московской области, представленные метеорологической обсерваторией МГУ за период времени с февраля 1985г по декабрь 1986г, т.е. за два года наблюдений. Аналогичную выборку можно сделать за 10 (20) лет. Температура воздуха фиксировались ежедневно, в течение суток через каждые три часа начиная с 0. Выборка и статистическая обработка данных наблюдений, позволило определить повторяемость температуры и время нахождения асфальтобетонного покрытия при той или иной температуре в данном климатическом районе в течение прогнозируемого периода. Результаты статистической обработки данных по температуре наружного воздуха за период с февраля 1985г по декабрь 1986г приведены в табл. 4.12, используя значения которой построены диаграмма и график повторяемости температуры в течении двух лет (с февраля 1985 г. по декабрь 1986г) для условий Москвы (см. рис. 4.10, 4.11). Так как температура воздуха измерялась через каждые три часа, то для получения количества суток, в течение которого, покрытие находилось в заданном интервале температуры за два года необходимо частоту (повторяемость) умножить на 3 и результат разделить на 24 часа.
Данный график изменения повторяемости температуры наружного воздуха наиболее близок к функции нормального распределения случайных чисел. Таким же образом можно определить продолжительность нахождения любой дороги в любом климатическом районе в интервале повторяемости температуры, в течение срока эксплуатации или прогнозирования.
