автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование организации зимнего содержания автомобильных дорог на основе расчета цикличности работ

На правах рукописи

БАКЛАНОВ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ЦИКЛИЧНОСТИ

РАБОТ

05.23.11 — Проектирование и строительство дорог, аэродромов, мостов, метрополитенов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

Воронеж - 2014

005554271

005554271

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Самодурова Татьяна Васильевна

Алексиков Сергей Васильевич доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» / Институт транспортных, инженерных систем и техносферной безопасности, кафедра строительства и эксплуатации транспортных сооружений, заведующий кафедрой.

Шашков Игорь Геннадиевич

кандидат технических наук, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) / кафедра изыскания и проектирования аэродромов, преподаватель.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов.

Защита диссертации состоится «24» декабря 2014 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс: +7(4732)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета и на сайте: http://edu.vgasu.vrn.ru. Автореферат разослан «23» октября 2014 г.

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета

А. И. Колосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Зимний период является наиболее опасным для участников дорожного движения и самым ответственным для дорожно-эксплуатационной службы. Повышение потребительских свойств автомобильных дорог в сложных погодных условиях позволяет повысить уровень безопасности дорожного движения, т.е. решить одну из основных задач, поставленных в федеральной целевой программе "Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы)". Для обеспечения безопасного проезда и поддержания высоких сцепных качеств дорожных покрытий дорожно-эксплуатационные службы проводят комплекс работ по зимнему содержанию. На зимнее содержание дорог выделяются значительные финансовые ресурсы, следовательно, периодичность работ и необходимые для этого ресурсы должны обосновываться с учетом климатических особенностей района прохождения дороги и ее значимости.

Совершенствование нормативов затрат на содержание автомобильных дорог- одна из приоритетных задач дорожного хозяйства на ближайшие годы. В рамках решения этой задачи предусматривается совершенствование нормативных документов в области определения цикличности работ по ремонту и содержанию транспортных сооружений. Это будет способствовать повышению эффективности расходования бюджетных средств, выделяемых на поддержание высоких потребительских свойств автомобильных дорог, в первую очередь, при их зимнем содержании, когда выбор технологии проведения работ и нормы распределения противогололедных реагентов зависят от погодных условий.

Действующие нормативные документы рекомендуют при расчете цикличности работ по зимнему содержанию использовать в качестве основного показателя «количество дней с образованием зимней скользкости», но не приводят методики его определения. Погодно-климатические особенности отдельных регионов страны приближенно учитываются путем объединения их в три большие группы, а уровень содержания дороги учитывается введением поправочных коэффициентов. Такой подход к определению периодичности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог не является обоснованным, следовательно, задача разработки методики расчета цикличности работ с использованием климатической и дорожной информации является актуальной.

Сложность решения задачи объясняется тем, что необходимая статистическая информация о состоянии дорожного покрытия, погодных условиях и проведенных работах в зимний период не накапливается в специальных информационных базах для ее последующей комплексной обработки, ее невозможно получить на метеостанциях государственной наблюдательной сети, так как дорожные параметры не входят в программу их наблюдений. Получение такой информации возможно с помощью математического моделирования условий образования зимней скользкости на дорожном покрытии.

Объект исследования - организация работ по зимнему содержанию автомобильных дорог с учетом научно обоснованной цикличности их проведения.

Предмет исследования - закономерности формирования различных видов зимней скользкости и периодичность выполнения работ по их ликвидации при зимнем содержании автомобильных дорог.

Цель диссертационной работы заключается в разработке методики расчета цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог и совершенствовании на этой основе организации работ по содержанию.

Основные задачи исследования:

1. На основе системного подхода обосновать состав погодной и дорожной информации, необходимой для расчета цикличности работ по зимнему содержанию дорог и источников ее получения.

2. На оснсве уравнений нестационарной теплопроводности и радиационного баланса дорожного покрытия получить математическую модель, описывающую динамику изменения температурного режима покрытия в течение зимнего периода, а также модели, описывающие условия образования зимней скользкости для расчета периодичности работ по зимнему содержанию.

3. Разработать алгоритмы расчета цикличности работ по зимнему содержанию дорог и программную реализацию математических моделей.

4. Провести серию вычислительных экспериментов для расчета количества случаев образования зимней скользкости и температурного режима воздуха и дорожного покрытия, влияющих на выбор технологии производства работ и ресурсы на зимнее содержание дорог.

5. Провести статистическую обработку результатов моделирования и исследовать изменение цикличности работ по территории отдельного региона.

6. По результатам исследований разработать практические рекомендации по использованию результатов исследований для определения цикличности работ и расчета ресурсов на зимнее содержание автомобильных дорог.

Научная новизна заключается в следующем:

•для решения задачи определения цикличности работ по зимнему содержанию дорог впервые исследовано взаимодействие подсистем Дорога - Среда -Дорожное эксплуатационное предприятие, позволяющее учесть при расчете цикличности работ особенности погодных условий, уровень содержания дороги, ресурсы дорожных организаций;

•установлен перечень дорожных и погодных факторов, определяющих цикличность работ, основным из которых является температура покрытия, зависящая от дорожных (направление участка, продольный уклон, цвет и структура дорожного покрытия) и погодных (облачность, осадки, температура и влажность воздуха) параметров;

• предложена математическая модель расчета температуры дорожного покрытия, отличающаяся от ранее известных детальным учетом составляющих радиационного баланса при расчете граничных условий на поверхности покрытия и математические логические модели, описывающие состояние дорожного покрытия в зимний период;

• впервые разработана методика определения цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог на основе совместного учета в матема-

тическнх моделях дорожных и погодных параметров, алгоритм ее реализации и компьютерная программа;

•по результатам моделирования впервые получены среднегодовые и расчетные значения количества циклов распределения противогололедных материалов и патрульной снегоочистки с различной вероятностью превышения, исследовано их распределение по территории отдельной области.

Научная значимость работы заключается в системном, научно обоснованном подходе к разработке методики расчета цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог на основе специально разработанных математических моделей, учитывающих дорожные и погодные факторы.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики и компьютерных программ для расчета цикличности работ, практических рекомендаций по расчету ресурсов на зимнее содержание дорог.

Достоверность научных выводов, положений и рекомендаций подтверждается использованием математических моделей и результатов теоретических исследований, адекватность которых была доказана ранее, соблюдением основных принципов математического моделирования, достаточным объемом исходной информации, обработкой результатов с использованием методов математической статистики.

Реализация результатов научных исследований.

Методика расчета цикличности работ использовалась при разработке проекта реконструкции автомобильной дороги 1Р 228 Сызрань — Саратов -Волгоград на участке км 446+693 - км 465+000 в Волгоградской области в разделе «Организация работ по содержанию автомобильной дороги». Результаты диссертационной работы представлены в научно-исследовательских отчетах по специализированному гидрометеорологическому обеспечению отраслей экономики государства (ВНИИ ГМИ, Мировой центр данных, г. Обнинск, 2012 г.).

Результаты исследований использовались в учебном процессе кафедры проектирования автодорог и мостов Воронежского ГАСУ при выполнении научных дипломных работ студентов.

Программы «Расчет температуры дорожного покрытия», «Моделирование состояния дорожного покрытия и расчет цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог» зарегистрированы в объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование».

На защиту выносятся:

• Системный подход к определению цикличности работ по зимнему содержанию дорог по дорожным и метеорологическим данным;

• Математические модели расчета температурного режима, состояния дорожного покрытия и цикличности работ по зимнему содержанию дорог, алгоритмы их реализации и программы расчета;

• Расчетные значения цикличности работ и картограммы их распределения по территории;

» Методика расчета цикличности работ и ресурсов на зимнее содержание дорог.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были рассмотрены и обсуждены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (Воронеж, 2011-2014г.г.); VI и УП-ой международных научно-технических конференциях аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2012г., 2013г.); 10-ой международной научно-практической конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт-Петербург, 2012г.);VII Всероссийской научно-практической конференции «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2012г.); XX международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Пущино, 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений» (Белгород, 2013г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (Йошкар-Ола, 2013г.); XVII международной конференции БПШЕС (Андора, Ла-Массана, 2014.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ общим объемом 104 страницы, из которых лично автору принадлежит 65 страниц. 5 публикаций относятся к изданиям, рекомендованных ВАК РФ: сборник «Дорога и мосты», «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура», Журнал «Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета».

В статьях, рекомендованных ВАК РФ, содержатся основные результаты диссертационной работы: математические модели расчета радиационного баланса дорожного покрытия [1] и учета влияния составляющих радиационного баланса на температурный режим дорожного покрытия [2], уточненная математическая модель расчета температуры покрытия [3], логико-математические соотношения, описывающие состояние покрытия [4]; результаты расчета цикличности работ и картограммы их распределения по территории [5].

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, представленных на 153 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 171 наименование, и Л_ приложений. Работа содержит в себе 32 рисунка, _35_ таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ результатов поисковых исследований по организации работ по зимнему содержанию дорог, существующих методов расчета цикличности работ, моделирования образования различных видов

скользкости, расчетные схемы и формулы для определения температуры дорожного покрытия.

Проведенные поисковые исследования показали, что большой вклад в решение задач по зимнему содержанию автомобильных дорог внесли как отечественные, так и зарубежные ученые. Различные классификации снежно-ледяных отложений на дорожных покрытиях приведены в работах Карабан Г.Л., Andersson А.К., Lindqvist S., Norrman J., Eriksson M., Karlsson M., GailiusD., Самодуровой T.B., Волковой E.B.. Вопросами расчета температуры дорожного покрытия занимались Fujimoto A., Shao Т., Jacobs W., Bogren J., Михайлов A.B., Самодурова Т.В.. Результаты этих исследований были исполь-зозаны при формировании математических моделей для расчета цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог. Проведенный анализ позволил конкретизировать цель и задачи исследования, изложенные выше.

Во второй главе для решения задачи определения цикличности работ использован системный подход. На основе анализа базовой системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда (ВАДС), предложенной профессором Васильевым А.П. были выделены подсистемы, позволяющие исследовать все факторы, влияющие на цикличность работ и потребность ресурсов для зимнего содержания автомобильных дорог. Схема взаимодействия подсистем приведена на рис.1.

Структуру представленной системы образуют различные связи между Средой, Дорогой и Дорожным эксплуатационным предприятием, ко-

Срвда

П Дорог, "1—Н Доро^эстпуатзционно»°3"Г1 тоРое Добавлено в качестве самостоя-

_f-a—_говдприути»_у

тельной подсистемы. В соответствии с основными положениями теории сложных систем Рис.1. Схема взаимодействия подсистем для поставленная задача решалась в нерешения задачи расчета цикличности работ сколько этапов" по зимнему содержанию дорог

1. Выбор класса математических моделей для проведения исследований.

2. Выявление внутренних и внешних параметров системы, влияющих на цикличность работ по зимнему содержанию автомобильных дорог.

3. Формирование математических моделей для решения поставленной задачи, разработка алгоритма расчета и программы его реализации.

4. Моделирование цикличности выполнения различных видов работ.

5. Обработка и анализ полученных результатов.

Для выбора класса математических моделей и обоснования источников информации для расчета цикличности разработана пространственно-временная диаграмма погодообразующих процессов и задач управления содержанием дорог, анализ которой позволил сделать следующие выводы:

- для расчета цикличности работ можно использовать информацию метеостанций государственной наблюдательной сети;

- неооходимо учитывать особенности влияния дорожных условий;

- для моделирования условий образования зимней скользкости и учета технологических особенностей для одного цикла работ необходимо использовать данные метеостанций и информацию о температуре дорожного покрытия;

- для обоснования цикличности работ и получения расчетных параметров с различной вероятностью превышения необходимо проводить расчеты на основе многолетних данных наблюдений с их последующей статистической обработкой.

Поисковые исследования показали, что за последние десятилетия накоплена определенная база знаний об условиях формирования различных видов зимней скользкости, в основе которой лежат теоретические и экспериментальные исследования и практический опыт зимнего содержания с использованием погодных дорожных систем. Следовательно, состояние дорожного покрытия может быть рассчитано по определенному сочетанию погодных и дорожных факторов с использованием логических моделей представления знаний для получения выводов в математическом виде. Основу логических математических моделей составляет формальная система, задаваемая четверкой множеств:

S = {T,F,A,R), (1)

где Т- множество базовых символов (алфавит); F- подмножество выражений (формул); Л - множество правильно построенных формул; R - конечное множество отношений между формулами.

Для формирования правил выводов о состоянии покрытия в зимний период в диссертационной работе на основе поисковых исследований был составлен алгоритм формирования различных видов зимней скользкости, основу которого составляет информация, представленная в табл. 1. Приведенные в работе правила выбора описывают состояние дорожного покрытия на основе сочетания метеорологических условий: температуры воздуха (Те); точки росы (Td); вида осадков (!OS)\ количества (Q) и интенсивности выпадения осадков (/ос); скорости ветра (У); относительной влажности воздуха ((К); наличия тумана (ITUMAN) и дорожных параметров: состояния дорожного покрытия (1SP); температуры покрытия (Тп).

Температура дорожного покрытия является основным дорожным параметром, влияющим на образование скользкости на дорожном покрытии и определяющим цикличность работ. Для расчета температуры дорожного покрытия использовалась математическая модель, которая базируется на уравнении нестационарной теплопроводности:

£74*^ ¿7 Р Л (2)

где Т(х,1) температура в дорожной конструкции или грунте земляного полотна на глубине х в момент времени t. X - теплопроводность материалов конструктивных слосв дорожной одежды и грунта земляного полотна, Вт/(м К), с- удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) ]> -плотность, кг/м

Таблица 1 — Классификация зимней скользкости н условия ее образования

Вид зимней скользкости Условия образования

Температура воздуха (Те) Температура покрытия (Тп) Осадки, их вид Состояние покрытия Дополнительные условия

Гололедица ниже 0 0 С ниже 0 0 С нет влажное время последействия осадков 12 ч

Черный лед от 0,7°С до -8 °С ниже 0 0 С. ниже точки росы (Тс!) нет сухое (Т(1 —Тп)>0.5и С при скорости ветра от 2 до 5 м/с или (7У ~Тл)> 1.0^ С при скорости ветра менее 2 м/с

Твердый налет от 2 "С до 0° С ниже 0 0 С жидкие - возможно образование во время тумана и без осадков

Гололед от 0 "С до-16° С ниже 0 0 С жидкие - возможно образование во время тумана и без осадков

Снежный накат от 0 °С до -6"С - твердые, смешан ные - количество осадков не менее 5 мм

от 1.2 u С до 0°С - то же - интенсивность снегопада не менее 0.6 мм / ч

от - 6 " С до- 10° С - то же - относительная влажность воздуха не менее 90%

Рыхлый снег от - 6 " С до- 10° С - то же - относительная влажность воздуха менее 90%

ниже -10 "С - то же - -

Использование уравнения (2) позволяет вести расчет температуры покрытия в динамическом режиме, учитывать нестационарность погодных параметров и теплоинерционные свойства дорожной конструкции.

Начальное распределение температуры в дорожной конструкции:

Т„„= Т(х,0) =//х| (3)

Теплообмен на поверхности дорожного покрытия определяется граничным условием III рода с условной температурой воздуха Г„ :

Я^ + а[Г„(/)-7;о„(/)] = 0. (4)

дх

Значение коэффициента теплообмена между дорожным покрытием и атмосферным воздухом будем вычислять по эмпирической формуле Fujimoto А.:

a = 10,4-VeOJ +2,2, (5)

гдеК„— скорость ветра, м/с.

Условная температура воздуха Тв;хх отражает интенсивность теплового потока и условия теплообмена с окружающей средой:

T.,Jt) = TJt) + ^. (6)

а

Величину и знак интенсивности теплового потока q„ определяет значение радиационного баланса Rc, значение которого рассчитано по формуле, представленной в работе Кондратьева К.Я.:

К = +Е>с + 'с ^ + /V Сс + Ри' Со,«р„с + Рп-и'пл,-^с ■ (7)

где ,/)£ — потоки прямой солнечной и рассеянной радиации на поверхность склона; гс '-поток коротковолновой радиации, отраженной горизонтальной поверхностью перед склоном на поверхность склона; гс- поток коротковолновой радиации, отраженной от поверхности склона; Сатр,.с- поток противоизлучения, отраженного горизонтальной поверхностью перед склоном на поверхность склона; Г/£- поток противоизлучения атмосферы на поверхность склона; Ц.- поток теплового излучения склона; I/'„.«.- поток теплового излучения горизонтальной поверхности перед склоном на поверхность склона, р„- коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью дорожного покрытия.

Второе граничное условие принято из предположения, что температура на определенной глубине земляного полотна постоянна:

Т(Ш)=Тг=сотг. (8)

В работе приведены расчетные формулы для всех слагаемых уравнения (4) и алгоритм расчета радиационного баланса покрытия и граничных условий. Для решения уравнения нестационарной теплопроводности использовался метод конечных разностей. Разработана специальная программа расчета температурного режима покрытия, зарегистрированная в фонде электронных ресурсов «Наука и образование».

В диссертационной работе приведена схема алгоритма формирования состояния дорожного покрытия на основе логических моделей, составленных по данным табл.1.

Для расчета цикличности работ по зимнему содержанию разработана методика, определяющая правила расчета количества циклов работ по распределению ПГМ и патрульной снегоочистке:

1. Для каждого случая образования зимней скользкости в виде стекловидного льда (гололед, гололедица, твердый налет, черный лед) принимается один цикл распределения ПГМ для ликвидации или профилактики образования скользкости. Нормы распределения ПГМ зависят от температуры воздуха или покрытия (учитывается ее минимальное значение).

2. Для расчета количества циклов патрульной снегоочистки обработка данных о снегопадах производится с учетом требований к уровню содержания дороги. Следующие друг за другом снегопады, отмеченные на метеостанции, объединяются в один, если время разрыва между ними не превышает директивного, отводимого на уборку снега для заданного уровня содержания. Для каждого снегопада рассчитывается: продолжительность, средняя температура воздуха, количество осадков в миллиметрах воды (по данным метеостанции), толщина слоя снега на дорожном покрытии с учетом плотности свежевыпавшего снега, интенсивность снегонакопления на покрытии. Для расчета цикличности выбираются снегопады, для которых количество осадков превышает допустимую толщину слоя снега на покрытии, т.е. требуется хотя бы один иикл патрульной снегоочистки.

3. Если возможно формирование снежного наката, то принимаются 2 цикла распределения ПГМ (в начале снегопада - для профилактики уплотнения снега и на заключительном этапе очистки покрытия).

4. Для снегопадов, длящихся более суток, или с интенсивностью более Змм/ч и при средней температуре воздуха до минус 8 °С предусматриваются дополнительно 2 цикла обработки ПГМ.

5. Если на покрытии возможен рыхлый снег, то рассчитывается интенсивность снегонакопления и количество циклов патрульной снегоочистки с учетом требований к уровню содержания. Для каждого снегопада дополнительно учитывается один цикл на уборку снега после его окончания.

Для реализации алгоритма расчета цикличности разработана специальная программа в среде Borland Delphi 7, зарегистрированная в фонде электронных ресурсов «Наука и образование».

Представлена методика и схема алгоритма проведения вычислительных экспериментов.

В третьей главе приведены результаты вычислительных экспериментов по исследованию параметров, влияющих на цикличность проведения работ.

Исследовано влияние метеорологических (облачности) и дорожных (азимут участка, продольный уклон, состояние поверхности) параметров на радиационный баланс дорожного покрытия. Проанализировано изменение эквивалентной температуры в годовом цикле, в течение суток, а также выявлена ее зависимость от облачности, скорости ветра и дорожных факторов. Результаты расчетов показали, что все указанные параметры необходимо учитывать в граничных условиях при расчете температуры дорожного покрытия.

По результатам расчетов температуры дорожного покрытия исследован такой фактор, как количество переходов температуры воздуха через О °С, который часто используется для характеристики сложности зимнего периода и расчета цикличности работ. Исследованы градиент изменения температуры воздуха и время перехода температуры покрытия через 0°С вслед за температурой воздуха, получено уравнение регрессии, связывающее эти параметры:

t=13,70-e2 2S sradTe o, (9)

где Г,.температура воздуха в момент перехода температуры покрытия через 0°С; gradTeo' градиент температуры воздуха; I- временной интервал между переходом температуры дорожного покрытия и воздуха через 0°С.

По результатам моделирования доказано, что вероятность образования скользкости определяется переходом температуры воздуха не через О °С, а через минус 2 °С и наличием влаги на покрытии. Следовательно, этот параметр не пригоден для расчетов цикличности работ по зимнему содержанию.

В соответствии с разработанной методикой расчета цикличности работ, проведен расчет количества циклов работ по зимнему содержанию дорог для территории Нижегородской области (по которой имеется подробная метеорологическая информация за длительный период наблюдения) и проведена их статистическая обработка, результаты которой для метеостанции Нижний Новгород представлены на рис. 2.

5 10 20 40 60 70 90 95 99 5 10 20 40 60 70 90 95 99

Вероятность превышения ,% Вероятность превышения ,%

Рис.2 Кривая распределения количества циклов: а- для обработки проезжей части ПГМ, б- для патрульной снегоочистки

Результаты статистической обработки позволяют определять не только среднее значение цикличности работ, но и значения параметров с различной вероятностью превышения (повторяемостью). На рмс.2а представлено значение количества циклов, рекомендованное для Нижегородской области в нормативных документах («Руководство по борьбе с зимней скользкостью»). Как показывают результаты моделирования, количество циклов более чем в половине случаев отличается от нормативных значений.

Расчеты показали существенное различие параметров цикличности работ по территории области. Проведено картографирование территории для исследования изменения количества циклов. При создании карт использовалась стандартная методика построения цифровых моделей местности (ЦММ) и сертифицированный пакет программ фирмы КРЕДО ДИАЛОГ. Результаты картографирования представлены на рис. 3 и 4.

Анализ карт показывает значительное изменение параметров цикличности по территории. Это позволяет сделать вывод о том, что представление информации о цикличности работ в виде карт позволяет более обоснованно рассчитывать ресурсы на зимнее содержание для каждой дорожной организации в зависимости от климатических особенностей территории.

Для расчета количества противогололедных материалов проведено исследование минимальной температуры воздуха (Г,„) в период возможного образования зимней скользкости. Установлено, что для ликвидации скользкости в виде стекловидного льда исследуемый параметр распределен по показательному закону:

■ГГ'Г \ -0.327г„,

/(Т„,) = е (Ю)

Рис. 3. Картограмма среднего количество циклов патрульной снегоочистки

При образовании снежного наката минимальная температура воздуха, как случайная величина, распределена по закону Вейбулла:

где с./л.п- параметры закона (с=0; р=0,! 8: п=1,85).

Проверка статистических гипотез производилась по критериям согласия X - Пирсона (при уровне значимости 0,01) и Романовского. Получены значения вероятностей образования зимней скользкости в различных диапазонах изменения температуры воздуха, которые могут использоваться при расчете противогололедных материалов.

В четвертой главе приведены практические рекомендации по использованию картограмм для расчета цикличности работ по зимнему содержанию для конкретного участка дороги. Для расчета общего расхода соли за зимний период (Qrn .ii) предложена формула:

п

Япгм — Ю 6 ВЬ^ Я,Р,, (12)

/=1

где В- ширина, м; - длина обрабатываемого участка, м; ц— норма расхода противогололедного материала для ¡- температурного диапазона, г/м2;# - вероятность образования скользкости в данном температурном диапазоне; л - количество циклов обработок за зимний период.

Приведен пример расчета для дорожной организации в Нижегородской области.

ВЫВОДЫ

1. Предложен системный подход к решению задачи расчета цикличности работ по зимнему содержанию дорог. На основе анализа базовой системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда (ВАДС), впервые выделены подсистемы, Дорога -Среда -Дорожное эксплуатационное предприятие, которые позволяют исследовать все факторы, влияющие на цикличность работ и потребность ресурсов для зимнего содержания автомобильных дорог.

2. Впервые разработана методика расчета цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог, основанная на методах математического моделирования и совместной обработки дорожной и метеорологической информации. В качестве основного дорожного фактора принята температура дорожного покрытия, рассчитываемая по уравнению нестационарной теплопроводности. Предложенная методика позволяет при расчете цикличности работ учесть особенности дорожных и климатических условий, требования к уровню содержания.

3. Модель расчета температуры дорожного покрытия отличается от ранее известных более детальным расчетом граничных условий, позволяющих учитывать такие параметры, как продольный уклон, географическое положение участка дороги и особенности дорожного покрытия. Для моделирования различных видов зимней скользкости уточнены логико-математические модели

путем введения дополнительных условий, учитывающих относительную влажность воздуха, наличие туманов, скорость ветра.

4. С помощью созданного программного комплекса произведен расчет цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог и ее распределение для территории одной области. Анализ картограмм впервые позволил выявить значительное изменение параметров в пределах исследуемого региона, что позволяет сделать вывод о необходимости уточнения нормативных документов, в которых дается приближенное количество циклов, одинаковое для всей области.

5. По результатам исследований впервые разработаны рекомендации по определению цикличности работ по зимнему содержанию дорог с использованием картограмм и расчету противогололедных материалов с учетом особенностей температурного режима образования зимней скользкости.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК

1. Бакланов, Ю. В. Влияние дорожных и погодных факторов на температурный режим дорожного покрытия в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю. В. Бакланов // Сборник «Дороги и мосты»,- 2011. - Вып. 25/1. — С. 166-178.

2. Бакланов, IO. В. Влияние солнечной радиации на температурный режим дорожного покрытия [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Известия КГАСУ.- 2013. № 2 (24). -С. 308-314

3. Бакланов, Ю. В. Исследование температурного режима дорожного покрытия [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю. В. Бакланов // Сборник «Дороги и мосты»,- 2013. - Вып. 29/1. -С. 138-152.

4. Бакланов, Ю. В. Методика расчета цикличности выполнения работ по зимнему содержанию автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю. В. Бакланов // Сборник «Дороги и мосты»,- 2013. - Вып. 30/2. - С. 99-112.

5. Бакланов, Ю. В. Цикличность работ по зимнему содержанию автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. - 2014. - Na 1 (33). - С. 72-82.

Статьи в других изданиях

1. Бакланов, Ю. В. Повышение безопасности движения на автомобильных дорогах в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции ФГБОУ ВПО «СибАДИ» «Развитие дорожно - транспортного комплекса и строительной инфраструктуры нз основе рационального природопользования». Книга 2.-Омск, 2012, -С. 264-267

2. Бакланов, Ю. В. Моделирование температуры дорожного покрытия для разработки мероприятий по повышению безопасности движения в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Доклады 10 международной научно-практической конференции

«Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: Инновации: Ресурс и возможности».- Санкт-Петербург, 2012. -С 305-309

3. Бакланов, Ю. В. Моделирование условий образования зимней скользкости на дорожном покрытии [Текст] / Т. В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Сб.докладов междунар. научно-практической конфер. «Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений»,- Белгород, 2013, -С. 356-360.

4. Бакланов, Ю. В. Моделирование температурного режима дорожного покрытия в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова. Ю.В. Бакланов // МатериалыУЬой международной научно-технической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России",- Волгоград, 2012, -С. 182184

5. Бакланов, Ю. В. Граничные условия в задаче расчета температурного режима дорожного покрытия [Текст] / Т. В. Самодурова. Ю.В. Бакланов // Математика. Компьютер. Образование. Тезисы 20-ой междунар. конфер. - Пущине, 2013, -С. 189.

6. Бакланов, Ю. В. Исследование однородности распределения по территории параметров, влияющих на образование зимней скользкости на автомобильных дорога [Текст] / Ю.В. Бакланов // Материалы VH-ой международной научно-технической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России".-Волгоград, 2013, -С. 194-198.

7. Бакланов, Ю. В. Моделирование состояния дорожного покрытия для расчета цикличности работ по зимнему содержанию [Текст] / Ю.В. Бакланов // Материалы международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов", г. Йошкар-Ола. 2013,-С 354-357.

8. Бакланов, Ю. В. Расчет температуры дорожного покрытия [Электронный ресурс] / Т.В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование», № 12(55), - 2013. - Режим доступа: http://ofernio.ru/portal/newspaper/ofemio/2013/12.doc

9. Бакланов, Ю. В. Моделирование состояния дорожного покрытия и расчет цикличности работ по зимнему содержанию автомобильных дорог [Электронный ресурс] / Т.В. Самодурова, Ю.В. Бакланов // Хро ники объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование». № 12(55), - 2013. - Режим доступа: http://ofernio.ru/portal/newspaper/ofernio/20I3/12.doc

10. Бакланов, Ю. В. Влияния дорожных факторов на температуру дорожных покрытий в зимний период [Электронный ресурс] / Ю.В. Бакланов // Электронный сборник тезисов научно-образовательного форума "Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий. Малое инновационное предпринимательство (INNOV-2012)" -Электрон.дан.- Воронеж. 2012.-1 электрон.опт. диск (CD-ROM); 12см.

11. Baklanov, I.V. The Use of Video Surveillance for Research of Snow Accumulation on the Highways[TeKCT] / Т. V. Samodurova, О. V. Gladysheva, N. U. Alimova, S. M. Shiriaeva, I. V. Baklanov //17-th International road weather conference S1RWEC, Proceedings, 30 January-1 February 2014,- LaMassana, Andorra, 2014, -6 pp.

БАКЛАНОВ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ЦИКЛИЧНОСТИ

РАБОТ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 21.10.2014. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 413

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84