Проектирование участка улично-дорожной сети

Проектирование поперечного профиля Улица «А»

Улица «Б»

Составление вариантов узла Вариант 1. Улица «А»

Улица «Б»

Вариант 2. Улица «А»

Улица «Б»

Сравнение вариантов узлов Расчет дорожной одежды Определение требуемого модуля Конструирование дорожной одежды Определение расчетных характеристик грунтов и материалов Расчет дорожной одежды по величине упругого прогиба Расчет дорожной одежды по сдвигу в подстилающем грунте Расчет дорожной одежды по условию сдвига в песчаном подстилающем грунте Расчет асфальтобетонного покрытия на растяжении при изгибе Расчет верхнего слоя щебеночного основания на растяжении при изгибе Список используемой литературы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

В задании на выполнение курсовой работы задается схема (2) участка, в которой указывается взаиморасположение магистральной улицы общегородского значения с регулируемым движением и транспортно-пешеходной улицы районного значения. Проектирование поперечного профиля выполняется для двух улиц (А и Б).

Расчетная скорость транспорта на улице принимается в зависимости от категории дороги, характера плана дороги, продольного профиля, состояния покрытия. Ширина одной полосы проезжей части, минимальный радиус кривой в плане, максимальный уклон дороги и другие параметры регламентируются требованиями норм.

Улица «А»

Пропускная способность улицы определяется по формуле:

единиц/час, где Vрасчетная скорость движения в зависимости от состояния покрытия, м/с;

l_a — длина расчетного автомобиля, 1_а=5м;

l_б — безопасный интервал между автомобилями, /_б=2м;

т — масса автомобиля, кг;

т_т — масса автомобиля, приходящаяся на тормозную ось т/т_т=1/0,6;

g = 9,81м/с² — ускорение свободного падения;

f_k — коэффициент трения качения f_k=0,015;

— коэффициент сцепления пневматической шины колеса с покрытием, изменяющийся в зависимости от состояния покрытия от 0,8 до 0,1;

iпродольный уклон, принимаемый при движении на подъеме со знаком плюс, а при движении на спуске — со знаком минус;

t_p — промежуток времени в секундах между моментами торможения переднего и следующего за ним автомобиля, идущих последовательно, равный времени реакции водителя.

Расчет пропускной способности улицы ведется для трех состояний дорожного покрытия:

— покрытие сухое: =0,7; V, =80 км/час= 80 000/3600=22,2 м/с;

— покрытие влажное: =0,4; V₂ = 0,66 V₁=14,6 м/с,

— покрытие обледенелое: =0,2; V, = 0,3 V₁=6,66 м/с.Улица «А»:

— покрытие сухое:

ед/час,

— покрытие влажное:

ед/час,

— покрытие обледенелое:

ед/час;

Оптимальная скорость движения автомобиля:

м/с.

с — параметр торможения, на сухом покрытии:

ед/час;

Из всех полученных значений N_m принимаем наименьшее, N_m=1131 ед/час.

Для обеспечения заданной пропускной способности улицы (интенсивности движения тр — та) определяется число полос улицы n:

n=n_зад•К_м,

n_зад. — заданное число полос;

К_м — коэффициент многополосности.

N_p — заданная пропускная способность, N_р=1700 ед/час;

К_пер — коэффициент пересечения:

L_n — расстояние между перекрестками, L_n=700 м;

Т_ц=t_ж+t_кр*2+t_з — время цикла регулирования, Т_ц==80 с;

t_ж=5с, t_кр=30с, t_з=40с — время горения соответственно желтого, красного и зеленого сигналов светофора;

t? — среднее время задержки авто перед светофором, с:

c.

;

расчетное число полос движения n=2

Ширина проезжей части В=n•b, В=2•3.5=7м.

b — ширина одной полосы, b=3.5м Количество пешеходных полос:

N_п.д. — интенсивность пешеходного движения, N_п.д=600 чел/час;

N_тр. — пропускная способность тротуаров, N_тр=1000 пеш/час.

принимаем n_тр= 1, т.к. 0? n_тр < 1.5.

Ширина тротуаров:

В_тр=n_тр•b_х+с+d, м

b_х — нормативная ширина ходовой части тротуара, b_х=0.75;

с — ширина дополнительной полосы между «красной линией» и тротуаром, с=1.2 м;

d — ширина добавочной полосы для размещения мачт освещения, d=0.2.

В_тр=1•0.75+1.2+0.2=2.15 м.

грунт дорожный улица щебеночный

Улица «Б» — магистральная

— покрытие сухое:

ед/час;

— покрытие влажное:

ед/час;

— покрытие обледенелое:

ед/час;

Оптимальная скорость движения автомобиля:

м/с.

с — параметр торможения, на сухом покрытии:

ед/час;

Из всех полученных значений N_m принимаем наименьшее, N_m=993ед/час.

Для обеспечения заданной пропускной способности улицы (интенсивности движения тр — та) определяется число полос улицы n:

n=n_зад•К_м,

n_зад. — заданное число полос;

К_м — коэффициент многополосности.

N_p — заданная пропускная способность, N_р=1500 ед/час;

К_пер — коэффициент пересечения:

L_n — расстояние между перекрестками, L_n=450 м;

Т_ц=2t_ж+t_кр+t_з — время цикла регулирования, Т_ц=2•5+30+40=80 с;

t_ж=5с, t_кр=30с, t_з=40с — время горения соответственно желтого, красного и зеленого сигналов светофора;

t? — среднее время задержки авто перед светофором, с:

c.

;

Ширина проезжей части В=n•b, В=4•3=12 м.

b — ширина одной полосы, b=3 м Количество пешеходных полос:

N_п.д. — интенсивность пешеходного движения, N_п.д=350 чел/час;

N_тр. — пропускная способность тротуаров, N_тр=1000 пеш/час.

принимаем n_тр= 1, т.к. 0? n_тр < 1.5.

Ширина тротуаров:

В_тр=n_тр•b_х+с+d, м

b_х — нормативная ширина ходовой части тротуара, b_х=0.75;

с — ширина дополнительной полосы между «красной линией» и тротуаром, с=1.2 м;

d — ширина добавочной полосы для размещения мачт освещения, d=0.2.

В_тр=2•0.75+1.2+0.2=2,9 м.

СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ УЗЛОВ

Вариант 1. Улица «А»

В этом варианте принимается узел с принудительным регулированием. Время цикла светофора равно времени цикла регулирования Т_ц, с. Определяется пропускная способность узла:

ед/час,

N_пр.i -пропускная способность улицы i в сечении стоп-линий.

Для определения пропускной способности каждой из пересекающихся в узле улиц определяют пропускную способность одной полосы:

t₃ — фаза горения сигнала светофора зеленого цвета, t₃=40 с;

t? — интервал между включением зеленого сигнала светофора и пересечением первым автомобилем стоп-линий, t?=0 с.

ед/час Пропускная способность улицы:

ед/час, к_л — коэффициент, учитывающий количество автомобилей, следующих налево;

п — число полос движения (для улиц в сечении стоп-линий необходимо добавить дополнительную полосу);

где U и U_л — интенсивность движения соответственно улицы и автомобилей, движущихся налево.

;

ед/час Определив пропускную способность каждой улицы, ее необходимо сравнить с заданной интенсивностью движения транспорта по этой улице, при этом должно выполняться следующее условие:

N_пр? N_зад,

1278? 1000ед/час — условие выполняется

Улица «Б»

В этом варианте принимается узел с принудительным регулированием. Время цикла светофора равно времени цикла регулирования Т_ц, с. Определяется пропускная способность узла:

ед/час,

N_пр.i -пропускная способность улицы i в сечении стоп-линий.

Для определения пропускной способности каждой из пересекающихся в узле улиц определяют пропускную способность одной полосы:

t₃ — фаза горения сигнала светофора зеленого цвета, t₃=40 с;

t? — интервал между включением зеленого сигнала светофора и пересечением первым автомобилем стоп-линий, t?=11.5 с.

ед/час Пропускная способность улицы:

ед/час, к_л — коэффициент, учитывающий количество автомобилей, следующих налево;

п — число полос движения (для улиц в сечении стоп-линий необходимо добавить дополнительную полосу);

где U и U_л — интенсивность движения соответственно улицы и автомобилей, движущихся налево.

;

ед/час Определив пропускную способность каждой улицы, ее необходимо сравнить с заданной интенсивностью движения транспорта по этой улице, при этом должно выполняться следующее условие:

N_пр? N_зад,

952,2? 850 ед/час — условие выполняется

Вариант 2. Улица «А»

В этом варианте принят саморегулирующийся узел.

Пропускная способность в этом случае определяется по формуле:

ед/час,

N_л.с. — пропускная способность линии слияния, принимается равной максимальной интенсивности движения транспорта по одному из сходящихся в узле направлений N_л.с.=1000;

k_n — коэффициент, учитывающий правоповоротное движение;

к_гр =1 — коэффициент, учитывающий наличие грузового транспорта.

N_пр=1000•1.048•1=1048 ед/час.

U_п — интенсивность движения автомобилей, движущихся направо.

Для каждой из улиц, сходящихся в узле, должно выполняться условие:

1048? 1000 ед/час — условие выполняется.

Улица «Б»

В этом варианте принят саморегулирующийся узел.

Пропускная способность в этом случае определяется по формуле:

ед/час,

N_л.с. — пропускная способность линии слияния, принимается равной максимальной интенсивности движения транспорта по одному из сходящихся в узле направлений N_л.с.=850;

k_n — коэффициент, учитывающий правоповоротное движение;

к_гр =1 — коэффициент, учитывающий наличие грузового транспорта.

N_пр=850•1.07•1=909,5 ед/час.

U_п — интенсивность движения автомобилей, движущихся направо.

Для каждой из улиц, сходящихся в узле, должно выполняться условие:

909,5? 850 — условие выполняется.

Сравнение вариантов узлов

Стоимость первого и второго вариантов сравнительно одинакова, хотя из-за постройки во втором варианте внеуличных переходов стоимость первого варианта окажется меньше. Но к достоинствам второго варианта можно отнести то, что отсутствуют расходы на регулирование движением. Равномерность движения во втором варианте также выше, чем в первом, но во втором варианте автомобили осуществляют перепробег при левом повороте. Одним из главных показателей является степень безопасности движения на перекрестке. По этому показателю более приемлем второй вариант, т.к. в первом варианте существует сложный маневр — пересечение, и происходит загромождение центральной части перекрестка, также переходящие улицу пешеходы могут создать аварийную ситуацию, что исключено во втором варианте. К «плюсам» второго варианта относится и тот факт, что отсутствует задержка транспорта в узле, хотя и снижается скорость при движении по кольцу.

Окончательно для дальнейшей разборки и строительства принимается один из рассмотренных вариантов узла улично-дорожной сети.

РАСЧЕТ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

Проектирование дорожной одежды нежесткого типа заключается в выборе наиболее целесообразной конструкции, дорожно-строительных материалов для отдельных конструктивных слоев, применения необходимых изолирующих и дренажных устройств. При проектировании дорожной одежды обязательно учитывают местные климатические, грунтовые и гидрогеологические условия.

Запроектированная конструкция должна быть прочной, экономичной в данных условиях и допускать максимальную механизацию работ.

При выборе конструкции одежды городской улицы необходимо учитывать: архитектурно-планировочное значение данной улицы; характер ее застройки и уровень благоустройства; санитарно-гигиенические требования; роль проектируемой дороги в обслуживании внутригородских и внешних транспортных связей; состав и интенсивность перспективного движения; климатические и гидрогеологические условия; свойства местных грунтов; обеспеченность местными дорожно-строительными материалами; характер работ (новое строительство, реконструкция) и возможную технологию их производства, а также опыт применения различных типов одежд на улицах данного города.

Определение требуемого модуля упругости

При расчете дорожных одежд нежесткого типа по допускаемому упругому прогибу в качестве критерия принимают значение вертикальной деформации дорожной одежды под нагрузкой от расчетного автомобиля. По вертикальной деформации вычисляют требуемый модуль упругости:

Мпа Р — удельное давление на дорожную одежду от расчетного автомобиля, Р=0,6 МПа;

Д — диаметр круга, равновеликого площади контакта сдвоенного колеса расчетного автомобиля, равный 0,35 м;

м=0,3 — коэффициент Пуассона;

д — нормативный прогиб дорожной одежды, равный 0,9 мм.

МПа — для улицы «Б»,

МПа — для улицы «А».

Конструирование дорожной одежды

Типы покрытий дорожной одежды устанавливаются с учетом категории городских улиц, дорог и площадей.

После выбора типа покрытия следует разрабатывать конструкцию дорожной одежды городской улицы для участков, сходных по расчетным значениям модулей деформации земляного полотна, грунтово-водным условиям и по обеспеченности дорожно-строительными материалами.

Для каждого участка вначале намечается схема конструкции дорожной одежды с покрытием принятого типа. На схеме показывается расположение конструктивных слоев и различных материалов и на основании конструктивных данных и обобщения опыта устанавливается толщина слоев, которая затем остается без изменения, и лишь толщина одного из слоев основания определяется окончательным расчетом.

Количество слоев, вид материалов для каждого из них и сочетание толщины слоев при разработке конструкции одежды заданной прочности назначают таким образом, чтобы в результате была получена вполне надежная в эксплуатации и наиболее экономичная конструкция.

Для сооружения нижних слоев оснований должны широко применяться разнообразные природные местные материалы и отходы промышленности, в том числе и пониженной прочности, а также грунты, укрепленные вяжущими материалами.

Среди усовершенствованных капитальных типов покрытий в городских условиях наибольшее применение нашли асфальтобетонные покрытия на прочных основаниях.

Для обеспечения соответствующего формирования таких покрытий в процессе постройки и последующей их нормальной работы в эксплуатации модули деформации материалов верхнего слоя оснований должны составлять не менее 880−900 кГ/см².

Поэтому верхний слой оснований под асфальтобетонные покрытия обычно устраивают из следующих материалов: щебня (обработанного или необработанного вяжущими материалами), подобранных гравийных смесей с добавкой дробленого материала (обработанных вяжущими), иногда каменных мостовых.

Вследствие большой разности модулей деформаций соседних слоев, в верхнем слое возможно появление трещин, поэтому желательно, чтобы соотношение модулей деформаций рядом расположенных слоев не превышало 2,5−3,5 и было тем меньше, чем тоньше верхний слой. С экономической точки зрения нецелесообразно укладывать в дорожную одежду материалы с расчетным модулем деформации менее 1,5 модуля деформации нижележащих слоев, либо подстилающего грунта.

Определение расчетных характеристик грунтов и материалов

Примем следующие расчетные характеристики:

Модуль упругости верхнего слоя асфальтобетона равен 280 МПа, нижнего 300 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя из щебня обратного битумом — 200 МПа, нижнего — 100 МПа Расчетные характеристика песка: модуль упругости — 40 МПа.

Относительная влажность подстилающего грунта по условиям увлажнения составляет 0,7 W_т; Е_гр =34 МПа; ц_гр=18⁰; коэффициент сцепления С_гр=0,019 МПа.

Определение расчетных характеристик грунтов и материалов

Рис. Вариант конструкции нежесткой дорожной одежды

1 — мелкозернистый асфальтобетон;

2 — крупнозернистый асфальтобетон;

3 — слой щебня, обработанного битумом;

4 — щебеночный слой;

5 — песчаный слой

6- суглинок

Расчет дорожной одежды по величине упругого прогиба

Требуемый модуль упругости Е_тр = 225 МПа Рис. Расчетная схема дорожной одежды Модули упругости:

Е_общ'=230 МПа; Е_общ«'= 125МПа;

Е_общ«=185 МПа; Е_общ«» = 100 МПа.

Таблица

Расчет дорожной одежды по сдвигу в подстилающем грунте

Многослойную конструкцию дорожной одежды приводят к двухслойной системе, у которой толщина верхнего слоя равна суммарной толщине конструктивных слоев, а модуль упругости этого слоя вычисляют по формуле:

(МПа),(4.2)

где Е_i, — расчетный модуль упругости, МПа;

h_i — толщина i-го слоя, м.;

n — число слоев.

Условие, при котором не образуются пластические деформации в подстилающем слое одежды грунта, выражается неравенством:

(4.3)

где ф_{а, max} — максимальное активное напряжение сдвига в нижнем слое двухслойной системы от расчетной временной нагрузки, МПа;

ф_{а. m} — активное напряжение сдвига от собственной массы дорожной одежды, МПа;

К_пр — коэффициент, зависящий от требований к эксплуатационным качествам дорожной одежды, равный 1;

К — коэффициент, зависящий от вида подстилающих грунтов и материалов, равный 0,8;

k₂ — коэффициент запаса на неоднородность условий работы конструкций, равный 0,8;

— коэффициент сцепления грунта, МПа.

Средний модуль упругости:

Отношение среднего модуля упругости дорожной одежды к модулю упругости грунта:

Отношение общей толщины дорожной одежды к диаметру отпечатка следа колеса расчетного автомобиля

По этим данным с помощью номограммы при ц_гр =18⁰ находим ф_{а, max}/р = 0.016 МПа, ф_{а, max} =0.096 МПа, ф_{а, m} =0.0004МПа.

Полное активное напряжение сдвига:

0.0086?0.012 МПа Процент запаса напряжения сдвига в грунте:

Расчет дорожной одежды по условию сдвига в песчаном подстилающем слое

Определяется средний модуль упругости слоев, лежащих выше песчаного:

МПа,

МПа, Модуль упругости на поверхности песчаного слоя =125 МПа.

Вычислим отношения = и =

Находим по ним с помощью номограммы активное напряжение сдвига в песчаном слое от временной нагрузки: ф_{а, max}/р=0.0035, откуда ф_{а, max}=0.225 МПа, ф_а.b= -0.0038 МПа Полное активное напряжение сдвига

=0.225 — 0.0038= - 0.155 МПа.

Расчет асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе

Условие прочности дорожной одежды в этом случае выражается неравенством

(4.4)

где у_r — наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, определяемое по формуле;

R_u— сопротивление растяжению при изгибе нижнего слоя для асфальтобетона — R_u=1,15 МПа; для щебеночного материала, обработанного вязкими битумами в установке R_u=1,0 МПа.

где 1,15 — коэффициент динамичности;

— максимальное удельное растягивающее напряжение.

Средний модуль упругости покрытия

МПа.

МПа, Вычисляем отношения = и =

По номограмме по полученным данным определяем =0.6 МПа Рассчитывается растягивающее напряжение в нижнем слое и проверяется выполнение условия прочности по выражению

=1.15•0.6=1.1 МПа? R_и — условие прочности выполняется.

Расчет верхнего слоя щебеночного основания на растяжение при изгибе

Условие прочности выражается неравенством? R_и

Вычисляются отношения и ,

=

по этим данным по номограмме находим =0.64 МПа. Определяем наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое по формуле = 1.15•0.6•0.64=0.44и — условие прочности.

Библиографический список

СНиП 2.05.02 — 82. Автомобильные дороги. — М.: ГУП ЦПП, 2001. — 55с.

СНиП II — К. 3−62. «Улицы, дороги и площади населенных мест». — М.: ГУП ЦПП, 2001. — 34.

Инструкция по назначению конструкций дорожных одежд нежесткого типа (ВСН 46−60). — М.: Автотрансиздат, 1961. -23с.

Меркулов Е.А., Турчихин Э. Я. и др. Проектирование дорог и сетей пассажирского транспорта в городах (Примеры). — М.: Стройиздат, 1970. — 416с.

Меркулов Е.А., Славуцкий А. К. Основы проектирования городских дорог. — М.:Стройиздат, 1971. — 240 с.