Анализ прочности дорожной одежды

Введение

Решением правительства Российской Федерации от 10 января 1993 года создана федеральная целевая программа «Повышения безопасности дорожного движения в России». Разработка этой программы связана с устойчивой тенденцией роста числа дорожно-транспортных происшествий в Российской Федерации.

Для обеспечения реализации этой Программы необходимо проведение исследований в области производства следственного осмотра и экспертизы дорожно-транспортных происшествий с учетом влияния геометрических и прочностных показателей дорог на аварийность. Такая постановка вопроса соответствует прямому подходу изучения причинно-следственной связи возникновения дорожно-транспортных происшествий.

На дорогах и городских улицах в Российской Федерации ежегодно гибнет от 30 тыс. чел. Более того, что несчастных случаев возрастает тревожными темпами: за пятилетний период с 1986 года по 1991 год число несчастных случаев увеличилось на 43%, смертных случаев — на 82%, травм — на 43%, причем увеличение интенсивности движения за эти же годы составило по дорогам Российской Федерации только 9%. Немаловажным является и тот факт, что на областных и местных дорогах число и тяжесть дорожно-транспортных происшествий столь же высоки, что и на дорогах федерального значения, несмотря на гораздо более низкую интенсивность движения по ним. Согласно статистики Федерального Дорожного Департамента от 15%до 20%дорожных происшествий ежегодно вызвано плохим состоянием дорог, наличием на дорогах участков с ограниченной видимостью, с малым радиусом кривых в плане и продольном профиле, с зауженной шириной покрытия, недопустимыми неровностями на покрытии, с отсутствием дорожной разметки и знаков, ограничивающих скорость, запрещающих обгон и т. д.

Высокий процент дорожно-транспортных происшествий, вызванный плохим состоянием дорог, предъявляет к экспертизе транспортных происшествий и следствию особые требования по выявлению степени влияния некачественного проектирования, строительства и эксплуатации дорог на возникновение той или иной аварии. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий призвана установить все причины и условия, способствовавшие транспортному происшествию, включая и причины, вызванные некачественной геометрией участка дороги, что полностью соответствует статье68 Уголовно-процессуального кодекса Российской Федерации. К сожалению, в процессе дознания и предварительного следствия не всегда глубоко и всесторонне исследуются все обстоятельства случившегося дорожно-транспортного происшествия, включая и плохое состояние дорог, что негативно сказывается на разработке мер по предупреждению дорожно-транспортных происшествий.

Раздел 1: Анализ состояния прочности дорожной одежды не жесткого типа

Цель: 1. Научиться прогнозировать темпы разрушения дорожной одежды.

2. Уметь определять фактический срок службы дорожной одежды.

1.1 Формирование исходных данных.

1. Фактические модули упругости дорожной одежды:

2. Продолжительность прогнозирования: t=2

3. Влажность активного слоя грунта земляного полотна: W=0.9W

4. Требуемый модуль упругости: E_тр=220 МПа

5. Тип дорожной одежды: капитальный тип с усовершенствованным покрытием.

Ход работы

1. В результате детального обследования прочности дорожной одежды не жесткого типа получены значения фактических модулей упругостей Е_i. Фактические модули упругости установлены по значениям упругого прогиба:

где Р-давление колеса расчетного автомобиля группы А, (МПа);

D-диаметр круга равновеликого следу колеса, (см);

µ-коэффициент Пуасона, (µ=0,3);

l_i-величина упругого прогиба.

2. Находим среднее значение эквивалентного модуля упругости на выделенном участке дорожной одежды:

где n-общее количество,(n=20).

3. Установим среднее квадратическое отклонение эквивалентного модуля упругости:

4. Коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости установим по формуле:

5. Сравниваем полученные расчеты Е_э с Е_тр.

6. В соответствии с продолжительностью прогнозирования требуемого модуля упругости определяем С_v^тр: С_v^тр=0,14

7. Определяем расчетное значение коэффициента г:

г-коэффициент учитывающий снижения однородности эквивалентного модуля упругости во времени.

Значение г устанавливается в зависимости от W и C_v^тр: г=0,034

8. Определяем среднее квадратическое отклонение требуемого модуля упругости:

9. Устанавливаем минимальный модуль упругости дорожной одежды:

10. Определяем среднее квадратическое отклонение параметра Е_m:

11.Риск разрушения дорожной одежды устанавливаем по формуле:

Вывод: на период обследования дорожной одежда имеет разрушения 0,2 м² на каждые 1000 м² покрытия.

12.Срок службы дорожной одежды устанавливаем двумя способами.

Первый способ.

Определяется значение Е_э спустя 6,9 лет. После обследуется дорожная одежда:

Эта формула справедлива для капитальной дорожной одежды нежесткого типа.

t_н-коэффициент нормального отклонения, t_н=1,71;

г-коэффициент учитывающий снижение Е_э со временем;

C_v^э(t)-коэффициент вариаций Е_э через 6,9 лет после обследования.

Определяем значение силы эквивалентного модуля упругости после периода эксплуатации:

Темпы разрушения дорожной одежды через 6,9 лет установим по следующей формуле:

Установим допустимый уровень надежности: к_н=0,95

Определяем допустимую вероятность r* разрушения дорожной одежды:

r*=1-к_н=1−0,95=0,05

Выполняем вычисления r (t) до тех пор, пока r (t)=r*:

Фактический срок службы по первому способу равен 6,9 лет.

Второй способ.

Имеется выражение: Ф (U)= к_н-05=0,95−0,5=0,45

Определяем значение Ф (U) и по этому значению устанавливаем подынтегральную функцию.

Определяем фактический срок службы:

Фактический срок службы дороги по второму способу равен 6,9 лет.

Раздел 2: Оценка характеристики движения потоков автотранспортных средств

Цель:1.Определить среднюю скорость транспортного потока, V_N.

2. Определить среднюю плотность потока, q_N.

3. Определить пропускную способность одной полосы движения, Р.

2.1 Формирование исходных данных.

1.Интенсивность движения: N=120 авт/час.

2. Состав потока: а. легковые автомобили;

б. легкие грузовые автомобили: до 2 т.;

в. средние грузовые автомобили: от 2 до 8 т.;

г. тяжелые грузовые автомобили: свыше 8 т.;

д. автопоезда.

3. Доли в потоке автотранспортных средств, С_i,%: С₁=30; C₂=25; C₃=20;C₄=15; C₅=10.

4.Коэффициент приведения Е_i: Е₁=1; E₂=1.73; E₃=2.04; E₄=2.54; E₅=3.45.

5. Ширина проезжей части: 7,5 м.

Ширина кривой укрепительной полосы: 0,75 м.

Ширина укрепленных обочин: 3,5 м.

Количество полос движения: 2 шт.

6.Величина продольного уклона: i=-10‰

7. Учет дорожных условий: спуск.

8. Тип дорожной разметки: осевая сплошная линия.

2.2 Ход работы.

Для оценки характеристики движения рассмотрим теория следования за лидером. Согласно этой теории средняя скорость транспортного потока V_н устанавливают по следующей формуле:

где V_св-скорость свободного движения, км/ч;

N — интенсивность движения, км/ч;

q₀^зат — плотность при заторе авто транспортных средств, лег. авт/час;

N₀— интенсивность движения приведенная к легковым автомобилям, лег. авт/час.

2.3 Последовательность определения расчетных характеристик:

1. При движении на спуске плотность при заторе легковых автомобилей составляет:

где Iвеличина продольного уклона, тысячные.

2. Определяем интенсивность движения приведенную к легковым автомобилям:

где С_i-доли автомобилей i-й марки, %:

Е_i— коэффициент приведения.

3. При заторе смешанного потока автомобилей устанавливают по формуле:

4. Средняя скорость свободного движения определяют по методике профессора Сильянова:

где V₀-значение средней скорости свободного движения автомобиля для б=7,5 м.,l_ук=0,75 м.,l_об=3,5 м., скорость V₀=80 км/ч.

Коэффициент, учитывающий влияние элементов дороги состава движения на скорость движения:

где ф_1,2-коэффициент, учитывающий влияние продольного уклона и состава потока: ф_1,2= 0,82

ф₃-коэффициент, учитывающий влияние погодных условий на скорость свободного движения: ф₃=1,2

ф₄— коэффициент учитывающий влияние разметки на скорость свободного движения: ф₄=0,78.

2.4 Определяем среднюю плотность транспортного потока свободного движения:

2.5 Определяем пропорциональную скорость полосы движения по формуле:

Раздел 3: Оценка безопасности движения на элементах автомобильной дороги.

Цель: разработать комплекс мероприятий по повышению безопасности движения на автомобильной дороги.

3.1 Оценка безопасности движения на кривых в плане.

3.1.1 Формирование исходных данных.

По данным обследования кривой в плане были получены следующие показатели:

— средний радиус: R_ср=320 м.;

— среднее квадратическое отклонение радиуса: у_R=150 м.;

— категория дороги: 3;

— расчетная скорость: V=100км/ч.;

— время реакции водителя: t_p=1,6 сек.;

— среднее квадратическое отклонение времени реакции водителя: у_t=0,16 сек.;

— тип покрытия: горячий асфальтобетон без шероховатой обработки;

— коэффициент сцепления при V=20 км/ч.: ц₂₀=0,8;

— коэффициент учитывающий снижения параметра ц₂₀ при увеличении скорости движения: в_ц=0,002;

— состояние покрытия: удовлетворительное;

— дорожные знаки и дорожная разметка: отсутствуют.

3.1.2 Технические нормы проектирования.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02−85 таблицы 10, для данной категории радиусы кривых в плане должны быть не менее R=600 м. Однако фактические данные меньше допустимых. Поэтому параметры кривых в плане не удовлетворяют требованиям СниП и не обеспечивают безопасность дорожного движения.

3.1.3 Определение опасности движения на кривых в плане с расчетной скоростью.

Для определения опасности движения установим риск потери устойчивости, который вычисляется по формуле:

где R-фактический средний радиус кривой в плане;

у_R-среднее квадратическое отклонение параметра R;

R_m-минимальный радиус кривой в плане при котором риск потери устойчивости равен 50%;

у_m-среднее квадратическое отклонение параметра R_m.

а).Минимальный радиус кривой в плане:

м.

где V-расчетная скорость;

— поперечная составляющая общего коэффициента сцепления при котором происходит занос и опрокидывание;

ц-коэффициен сцепления, определяемый по формуле Васильева:

где г-крэффициент определяющий долю продольного коэффициента сцепления: г=0,8−1,00. Для расчета принимаем г=0,8.

м_х-коэффициент тяговой силы, определяемый по формуле:

где V_в-скорость ветра, V_в=0;

к_сц-коэффициент сцепного веса, к_сц=0,523;

— расчетное значение коэффициента сопротивления качению:

Для скорости V=20 км/ч: ;

i-продольный уклон, i=50‰;

к₁-коэффициент обтекаемости: к₁=0,3;

F-лобовая площадь сечения рассматриваемого автомобиля: F=2,2 м²;

m-масса автомобиля: m=1820 кг.;

g-ускорение свободного падения: g=9,81 м/с.;

i_в-уклон виража:i_в=20‰.

б). Среднее квадратическое отклонение минимального радиуса кривой в плане определяется по формуле:

где у_V=среднее квадратическое отклонение скорости движения:

у_ц-среднее квадратическое отклонение коэффициента сцепления:

— среднее квадратическое отклонение коэффициента тяговой силы:

гдесреднее квадратическое отклонение коэффициента сопротивления-качения:

— среднее квадратическое отклонение продольного уклона:

Вывод: полный фактический риск превышает значение допустимого риска, равного .

3.1.4Определение обеспеченной скорости движения по допустимому риску.

Приведенные выше расчеты по теории риска показывают, что вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (риск потери устойчивости) превышает допустимое значение. Обеспеченной скоростью называется скорость при которой вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия равна 0,0001.

В рамках курсовой работы обеспеченная скорость будет определяться графоаналитическим способом, который заключается в следующем: поскольку риск зависит от скорости V, и зависимость криволинейная, то для построения этой кривой необходимо еще три точки. Назначаем дополнительные три скорости движения 80, 60, 40 км/ч. Повторим расчет кривой выше для этих скоростей:

При V=80 км/ч.

При V=60 км/ч.

При V =40 км/ч.

Полученные значения риска ® при заданных скоростях (V) сведем в таблицу:

Таблица 3.1.4

3.1.5 Назначение технических средств в организации дорожного движения.

В результате расчета получилост, что на данном участке дороги невозможно подобрать обеспеченную скорость. Поэтому необжодимо закрыть движения автотранспорта на данном участке и провести реконструкцию.

3.2 Оценка опасности движения по элементам продольного профиля.

3.2.1 Формирование исходных дпнных.

1. Методами детального обследования был построен продольный профиль участка автомобильной дороги и выявлены участки вертикальных кривых (вогнутых и выпуклых). Методами математической статистики были установлены средние значения радиусов и их среднее квадратическое отклонение:

2. Категория автомобильной дороги: третяя.

3. Расчетная скорость: 100 км/ч.

4. Время реакции водителя: t_р=1,7 сек., среднее квадратичесекое отклонение времрени реакции аодителя-у_t=, 017 сек.

5. Коэффициент сцепления: ц₂₀=0,8.

6. Состоние покытия: сухой чистыйасфальтоютон без шероховатой обработки.

7. Выста глаза водителя: h=1,2 м.

8.Дорожные знаки и разметка на вертикальныхкривых: отсутствуют.

3.2.2 Технологические нормы проектирования.

В соответствии с требоаниями СниП 2.05.02−85 таблицы 10, сравним ыактические значения радиусов с допустимыми:

Сравнение показывает, что радиусы выпуклых и вогнутых кривых менее допустимых, следовательно геометрический продольный профиль не соответствует требованиям СНиП.

3.2.3 Опрделение опасности движения в условиях ограниченной видимости поверхности автомобильной дороги.

Видимость поверхности автомобильной дороги зависит от радиуса выпуклой кривой. Формула по которой определяется фактическая видимость поверхности автомобильной дороги имеет вид:

Определяем среднее квадратическое отклонение фактической видимости о формуле:

Определяем необходимую видимость авьомбильной лороги из условия остаовки перед препятствием по формуле:

где к_э-коэффициент эксплутационного состояния тормозов автомобиля: к_э=1,2.

4. Определяем среднее квадратическое отклонение параметра S:

5. Определяем риск движения по выпуклой кривой:

6. Определяем риск движения по выгнутой кривой в ночное время со светом фар.

Расстояние вдимости определяем по формуле:

где б-угол раствора фар: б=2°;

h_ф-высота расположения фар над автомобильной дорогой: h_ф=0,75 м.

Среднее квадрктическое отклонение параметра L_сф определяем по формуле:

Вывод: по расчетам сделанным в данном пункте, оказалось, что видимость поверхности автомобильной дороги при движении по выпуклой кривой составило L_ф1=109,54 м. и L_ф3=97,37 м., что больше минимально необходимой S=100,3 м. из условия остановки. Риск при этом составил r₁=0,3 859 082 и r₃=0,5 437 953. Видимость автомобильной дороги в ночное время (со светом фар) при движении по выгнутой кривой составил L_сф2=118,82 м. и L_сф4= 125,64 м., что так же больше S=100,3 м. Риск при этом составил r₂=0.1 787 867 и r₄=0,869 154.

Общий вывод:

— на период обследования автомобильной дороги разрушения составляют 0,2 м² на каждые 1000 м² покрытия;

— фактический срок службы дорожной одежды по первому способу составил 6,9 лет;

— фактический срок службы дорожной одежды по второму способу составил 6,9 лет;

— средняя скорость транспортного потока (V_N)составляет 48,3 км/ч.;

— средняя плотность транспортного потока (q_N)составляет 2,48 лег. авт/час;

— пропускная способность полосы движения (P) составляет 758,09 лег. авт/час;

видимость поверхности автомобильной дороги при движении по выпуклой кривой составило L_ф1=109,54 м. и L_ф3=97,37 м., что больше минимально необходимой S=100,3 м. из условия остановки. Риск при этом составил r₁=0,3 859 082 и r₃=0,5 437 953;

видимость автомобильной дороги в ночное время (со светом фар) при движении по выгнутой кривой составил L_сф2=118,82 м. и L_сф4= 125,64 м., что так же больше S=100,3 м. Риск при этом составил r₂=0.1 787 867 и r₄=0,869 154.

Заключение

Вероятностные методы экспертизы дорожно-транспортных происшествий на основе теории риска позволили выявить влияние дорожных условий на механизм происшествия. Причем вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия устанавливают в зависимости от тех дорожных условий, которые по данным следственного осмотра и вида дорожно-транспорного происшествия могли способствовать развитию аварийной ситуации или спровоцировать ее.