автореферат диссертации по строительству, 05.23.14, диссертация на тему:Обоснование, нормирование и расчет параметров текстуры поверхности дорожных покрытий

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЛВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

Шог

На правах рукописи

НЕУЧИНОВ Михаил Васильевич

ТДК 625.7.03/04

ОБОСНОВАНИЕ, НОРМИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ДОРОШЫХ. ПСЕРЫТЗЙ

С 05.23.1^ - Строительство автомобильных долог

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

¿г ¡¿9,06, 4

МОСКВА 1989

Работа выполнена в йзсховском автомобильно-дорожном институт на кафедре строительства и эксплуатации дорог

Официальные оппоненты

доктор технических наук В.М.Сегеркранц доктор технических наук И.ИДеонович доктор технических наук А.И.Грипкевич

Ведущая организация - Миназтодор КазССР

Защита состоится "_"_1989 г. в_часов

в ауд._на заседании специализированного совета

ВАН СССР Д 053.30.01 при ЩИ по адресу 125529 Мзсква, ГСД-47, Ленинградский проспект, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ. Телефон для справок: 155-03-28.

Автореферат разослан "_"____1989 Г.

Ученый секретарь специализированного сввета ВАК СССР Д 053.30.01 при МАДИ кандидат технических наук,

доцент Ю.Ы.ЯКОВЛЕВ

I. ОБЩ ХДРАШЕРЖГЖ РАБОТЫ

I.X. Актуальность работы. 3 "Основных направлениях экономического а социального развития СССР на i960 - IS90 годы и на период до 2000 года", утвержденных ХХУП съездом КПСС, отмечено, что основной задачей трансаорта является повышение экономической эффективности его работы. 3 зсачестзе одного из путей решения поставленной задачи намечено "существенно улучшить эксплуатационные качества автомобильных дорог" (Материалы ХХУП съезда КПСС).

Важным фактором, определяетим уровень эксплуатационного состояния автомобильных дорог, является транспортно-эксплуата-ционные качества покрытий проезжей части, оказыЕзетив значи -тельное влияние на скорость, безопасность, удобство движения, экономические показатели работы автомобильного транспорта. Характер и степень этого влияния в основном определяется параметрами текстуры поверхности дорожных покрытий (текстура-совокупность неровностей, образующих микрорельеф поверхности покрытая и не влиящих на низкочастотные колебания кузова автомобиля) . Восстановление текстуры - одна из основных задач ремонта автмобильных дорог. Ежегодно в CGC? а общем объеме затрат на дорожное хозяйство расхода на ремонт я содержание дорог составляют более 60?. Однако, несмотря на значительные затраты, во многих случаях текстуры поверхности дорожных покрытий не отвечает современным требованиям, срок ее службы мал. 3 результате возрастает число и тяжесть последствий дорожно-транспортнкх происшествий, снижается скорость движения. Неровности текстуры оказываю влияние на расход топлива и вибрация автомобилей, износ автомобильных шин, уровень транспортного шума. Все это выдвигает рассматриваемую проблему в число в&тснейгих народнохозяйственных задач.

Решение проблемы составляет предмет исследования данной работы и достигается за счет совершенствования текстуры поверхности дорожных покрытий путем создания метода ее расчета.

Работа выполнялась в соответствии с планами НИР йшазте-дора РС5СР (целевая комплексная программа 0.55.II ?Ч, Минтранс-строя СССР (общесоюзные научно-технические программы 0.55.II а 0.54.04) и планом НИР ¡fccxoacxoro автомобильно-дерознего института.

1.2. Цель исследования сосгокт з обосновании, нормировании и разработке основ расчета парамеэроз текстуры поверхности ДОрОЕКЫХ покрытий.

1.3. Объектом исследования явились асфальтобетонные покрытия дорожных одежд и шероховатые слои износа.

Методика исследования. Решение проблемы достигается проведением теоретических и экспериментальных исследований, обобщением и анализом данных на основе литературных источников. Теоретические исследования базируются на последних достижениях в области внешнего трения, терло- и гидродинамики. Экспериментальные исследования выполнены с применением основополагающих законов механики, физики, математических методов, системного подхода, положений теорий вероятностей, математической статистики , ЭВМ.

1.5. Научная новизна. Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании требований к параметрам текстуры поверхности дорожных покрытий, в их нормировании и обосновании расчета и состоит: в установлении обобщенной зависимости сцепных качеств дорожных покрытий от глубины макро- и микрошерохозатости их поверхности ж скорости автомобилей,. причин и закономерностей изменения параметров текстуры покрытий и их сцепных качеств в процессе эксплуатации дорог; разработке и теоретическом обосновании принципиально новой модели взаимодействия колес автонобилей с мокрыми покрытиями автомобильных дорог, математических моделей влияния текстуры поверхности дородных покрытий на тепловые процессы в контакте авто-* мобильных шин и процесс оледенения снежного наката на покрытиях дорог зимой, нормативов глубины неровностей макрошероховатости поверхности покрытий по условиям обеспечения сцепных качеств и по уровни вибронагруженности автомобилей, теоретической разработке и экспериментальной проверке зависимости для расчета глубины слоя стока на покрытиях автомобильных дорог, проведении комплекса исследований по оценке характера и степени влияния текстуры поверхности дорожных покрытий на режим, безопасность и удобство движения автомобилей, экономическом йбосновании эффективности строительства шероховатых дорожных покрытий и технологических решений по строительству иероховахых слоев износа на покрытиях автомобильных дорог. 2

1.6. Практическая ценность работы состой? в разработке ые-чда расчета глубины текстуры поверхности дороаных покрытий а

прогноза вероятного изменения их сцепных качеств; нормировании, .¡араметров текстуры, что обеспечивает требуемые транспортно-экс-длуатационные качества поверхности дородных покрытий а за счет этого повышение скорости, безопасности и удобства дзиаения автомобилей, улучшение условий работы водителей, экономической эффективности работы автомобильного транспорта; способствует упорядочению планирования ремонтных работ, более рациональному использовании Д0р0£н0-с1-р0ительных материалов, увеличения срока слузбы шероховатых слоев износа. Разработаны практические рекомендации, позволяющие обоснованно рассчитать ра"чер зебкя для строительства на асфальтобетонных покрытиях шероховатого слоя износа ло способу поверхностной обработки и зтаплизания щебня исходя из характеристик транспортного потока, зернового состава асфальтового бетона покрытия-и срока службы.

1.7. Реализация заботы. Основные положения работы использованы при разработке нормативных и методических документов: "Методика нормирования скоростей движения с учетом дорожных условий и типов транспортных средств (автомобилей)" (МВД СССР, утверждена ПЕТ СЭЗ, 1981), ^Нормирование скоростных режимов дзиаения на автомобильных дорогах"(методические рекомендации / МВД СССР и МВД НРБ, 1981), "Правила учета дорожно-транспортных происшествий (приказ МВД СССР й 85 от 20.04.1984), "Указания по организации и обеспечению безопасности дзиаения на автомобильных дорогах" (ВСН 25-76 Миназтодора РСФСР), "Технические указания

по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью" (ВСН 38-77 Минавтодора РСФСР), "Методические рекомендации по проектированию и оборудованию автомагистралей для обеспечения безопасности движения (Минавтодор РСФСР, 1983), -Всесоюзные "Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог" (в печати, в издательстве "Транспорт"), ГОСТ СССР"Техническое состояние автомобильных дорог, допустимое для эксплуатации в части безопасности дорожного движения" (проект), "Санитарные нормы допустимых уровней вибрации рабочих мест" (й 3044-88 Минздрава СССР, 1984), "Всесоюзные нормы межремонтных спскоз службы неяесткях дорожных одезд" (ВСН 41-38, Транспорт, IS88r.), "Указания по строительству сэрохозаг.. и задпткнх слсез износа

ч

3

на усовершенствованных Е01грнтпях азтодабялыых дорог (ВСЗ 37-86 : Млндорстроя БССР, IS87), а такге при строительстве шероховатых слоев износа на автомобильных дорогах Москва - Ленанград ж Алма-Ата - Фрунзе.

1.8. Апробация работы. Основные положения работы доложены на всесоюзных научных межвузовских конференциях (Киев, 1978 ; Вильнюс, 1985); Л Всесоюзном научно-техническом совещании ш прослеме "Основные положения научно-технического прогресса г дорожном строительстве" (г. Балашиха, 1976), Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы научно-технического прогресса з обеспечении безопасности дорожного движения" (Севастополь, 1980), Всесоюзном семинаре "Повышение качества поверхности дорожных и аэродромных покрытий" (Москва, 1983), Всесоюзной научно-практической конференции "Пути повышения качества строительства дорожных одежд" (Владимир, 1983), республиканских научно-технических конференциях "Исследование путей повынения качества и ускорения дорожного строительства в условиях Сибири

и Дальнего Востока" (Омск, 1977) г "Проблемы развития ceta и улучшения эксплуатационных качеств автомобильных дорог местного значения и внутрихозяйственных дорог колхозов и совхозов" (Минск, 1984), научно-технических конференциях ЛИСИ (1976), ЫИСИ (1971, 1972, 1980), МАДИ (1971, 1977, 1982, 1989), sa П рабочем совещании Научного комитета по влиянию на здоровье физических факторов среды Международной комиссии по гигиене труда (Москва, 1988).

1.9. Публикации. Результаты выполненных исследований отражены в 45 статьях и брошюрах общим объемом 24,2 п.л., монографии объемом 14,5 п.л., в 15 научно-технических отчетах общим объемом более 45 п.л.

I.IQ. Структура и объем работы. Диссертация состоит вз введения, перечня обозначений в терминов, 7 глав, выводов, списка литературы и приложений (помещенных во второй томе диссертации). Общий объем работы: I том - 438 страниц, в том числе 246 страниц основного машинописного текста, 120 страниц рисунков, 29 страниц таблиц, список литературы на -43 страницах содержит 442 наименования, в том числе 291 работу на русском языке и 151 Еа иностранных; П том - приложения 177 страниц (таблицы, рисунки и другой вспомогательный материал).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Изучении различных аспектов влияния дородных покрытий на режим, безопасность и удобство движения автомобилей посвящены работы В.А. Астрова, В.Ф. Бабкоза, М.В. Борового, К.-В.К.Еур-зяса, А.П. Васильева, Л.Б. Гезенцвея, Н.В. Горелыаева, В.И. Жукова, В.П. Залуги, М.С. Замахаева, Б.М. Косарева, А.Ф. Котзиц-кого, Ю.В. Кузнецова, Н. Нульмурадоза, Г. Либерта, Р.Ф. Лука-шука, Л.Г. Марьлхина, И.А. Орехова, М.А. Париина, З.Г. Подли-ха, П.й. Поспелова, B.II. Сегеркранца, В.В. Сильяяоза, S.A. Чу-дакова, BJU. Юмашева и других отечественных исследователей. Аналогичными проблемами за рубезом занималась Б. Аллберт,

A. Броун, Д. Булджин, Б. Венер, В.Е. Гоух, А. Грин, К. Гроа, К. Дгайлз, С.й. Кларк, X. Куммер, Ж.Ляс, К. Людема, Лх» Лякас,

B. Мейер, Д. Мур, Б.Е. Сабей, Л. Холл, В. Хсфферберг, А. Шал-ламах, В. Янделл и другие авторы.

Обоснование требований к текстуре поверхности дорожных покрытий носит многофакторный характер, обусловленный многочисленностью элементов системы "шина - покрытие дороги", слоаяо-стью их взаимодействия, многообразием входных параметров, влияющих на работу системы, и выходных, определяющих скорость,безопасность и удобство движения автомобилей, социальные условия работы водителей, экономическую эффективность работы автомобильного транспорта (рис.1), а также необходимостью учета адгезионных свойств материала и технологии строительства, влияющих на работу текстуры в период эксплуатации покрытий.

Анализ системы "шина - покрытие дороги" (рис.2) показал, гто текстура поверхности покрытия может назначаться в зависа-40СГИ от различных критериев: по сцепным качествам - ж =f h, Т, e,M) ; по уровню вибрации автомобиля -

6,р,пш) ; п0 уровни транспортного шума - RS)y~ Ä f ( tf,M, П ш, i, p ) » п0 величине сопротивления качения и засходу топлива -R%-f(lF,G,Vt,nvfPi,M) ; по светотехническим сачествам - р^ = f С5с, ft, М) . В этих выражениях V - ско-юсть движения; I..- продольный уклон; N . - интенсивность дзи-сения; G - нагрузка на колесо; i - температура; Т - зремя; М - количество прошедших автомобилей; - рисунок протектора шн; Sc - состояние покрытия; П„ - конструкция айн; V¡ - ско-юсть ветра; В4 - способ освещения проезжей части; 8 - recaer-

рические параметры шин; Ь - глубина слоя воды на покрытии.

Из названных критериев в качестве» основного (базового) рассматриваются сцепные качества покрытия, определяющие безопасность движения автомобилей. Остальные критерии учитываются введением соответствующих ограничений.

Проведенный анализ показал, что для достижения поставленной цели необходимо теоретически и экспериментально решить следующие задачи: I) исследовать влияние текстуры поверхности дорожных покрытий на юс сцепные качества; 2) исследовать влияние текстуры на тепловые процессы, протекающие в контакте автомобильных шин и,таким образом,на их сцепление с покрытиями дорог; 3) исследовать влияние жидкости? находящейся на покрытии, на контакт автомобильных шин с поверхностью качения или скольжения, определить глубину жидкости на покрытиях автомобильных дорог; 4) установить причины и закономерности изменения глубины текстуры поверхности покрытий в процессе их эксплуатации, установить срок службы шероховатых слоев износа; 5) изучить характер и степень влияния текстуры покрытий на режим, удобство и безопасность движения автомобилей и работу водителей; в) исследовать экономические аспекты строительства дорожных покрытий с шероховагой поверхностью; 7) разработать требования к текстуре поверхности покрытий дорог.и местод расчета ее глубины.

-входные пшшевд стриктура

выходные параметры-'

Дррожное покрытые :

-матеоиал —максшедагштость —мишшюаксштоеть

Шина:

—конструкция -рисунок поотектооа -состав Резины - нагрузка на колесо

Режим движения ••

—качение идисподынемеН

-СКСООСГЩ)

Погодно- шмпшгте зд;ловм/'атютррсп : —темпматуой —асааки

—влажность воздуха

______1

Т/1 ¡пит пУтпП.'п г

Элементы системы : —шина -1

—покрытие -2 —смазка -з — атмосфера -ч

сэоист?а элементов

Взаимодействие между элементами

соответствующие

свойства злеиенюв

ш

Тршметпинесжие <адакт?Ристикн .—сила терния -коэффициент тения -шум -вибрация —интенсивность износа покрытия —интенсивность износа шин —геипература в контакте

Даполиитепрные

харантерисши: —затраты труда пси очистке-даоог зимой от снега и лсяа —оаскоя кловшюв

Рис.1. Схема системы "айна - покрытие дороги

млные данные:

/Зоюин<Ре кжштиа : -тшкмогрдокм сюистю (»¿поен .сткт*ю матаыаАа. димичесмш ссстси. состой оо»е«ностнсло слоя. шеюю-гспость)

—гаоие 1>ииескце югаиетш

(ширина, яююл»ннй и волегеч-иии ЖЛОН)

подсистема седой издса покоытия)

ШШШШ1С

и ты с покрытием

Показатели систеи»|:

А (моего ни е амсниа :

—темпе ктга — спиос*етие осадки(ншддкг . смешанные)_

Гюмспогтный лоток : —дагакшжстики(нктвнсу|-носп,соста|,нст1ка на

КОАвСО)

— гежим движений (скоюа качкие.скольжение, гоко»ой сила)_

—шеююкэкх!» ююшости

—ТМЛ ЮМЫТИ4

А*томо1иАмая шипа ; —гилоюшческие сюисна ишни , ювление

|от*а.И4Стмок мО!вкто»а) —теологические еюнеиа вютектою (диммчве-иий соскн.т'еносн. УЦ>ГОС» .ЗЮСТШЛЮСТ»)

КЬнТОМ шиш с помп ¡нем: иавемнехлюигдоц

дещод к он гая та модамнигслжос!» хонтоктв

Условий ■ ЮкМОАСЦс-ПИЛ I ЯОШаиге : -тслп<?ратгро.лав-асьи? ь шина -СОС10ЙН(1£ ЮкРИГЩ

(ахое .иокгое)

гтнна СкОНЯик-коам.ишаинчваос ЮшкПи( шшости

Росчетнце кгнгеши:

-АО*го»ечяосн

-ставиниоонсцеим*

ксмес?»

га сиеплерып - сюиуосгь лхиклаи

кРИКРММ сга»ненмя

— укнеш аюгиивсх'и и) 5а си(»ИкОС1Я

— сксгоси на межы*

— уровень ткмюп-

аиомо»нАй

— юное шин

— кюоА топли»а и сомо1и«АСнмг каче«ик>

изменение три- пршажие топжтст состояния ств покрытия подсистемы

КшЛ _1елю»0[«« Кию/СТЮМЩЮЫ

*енне,скмсш(н1

СЧ?М1И1 качеси

Гъ

выход системы

Изменение мешошеюю • угости -изменение мимоиегою-$агости -Изменение сю*си илепяоо ного Слой

•кинеме кзрюмто! и оагииу -юцин тс*нсм.01м1»ескм* гешемш (ра> не »а пвдемяоаяой

о»к»к)!кч и |гааАМЮ1ШЙ) юкми

ческии * *ло*о**нчес*ш кллъ'Ркдм.

ПгН(и*емос1к Ю

смоеми)

РАО | ле т > ог Ц у и но ]

км СТЮИ!#А±С1Ю

Рис. 2. Структурная схама для анализа оисташ "шина - покрытие дороги"

ВЛИЯНИЕ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЙ НА ИХ СЦЕПНЫЕ КАЧЕСТВА

Анализ положений теорий трения и прежде всего наиболее распространенной и признанной ыолекулярно-механической теории тре-2ия показал, что сила трения в контакте двух взаимодействующих тел складывается из двух составляющих, одна из которых обусловлена молекулярным взаимодействием тел, другая - потерями энергии ка деформацию при перемещении одного тела по поверхности другого. Применительно к автомобильным шинам Ы.А. Петров предложил зависимость для коэффициента трения в следующем виде:

? ин и ен"ЧЯ;)"3 Г +

где первое слагаемое представляет собой молекулярную, а второе г механическую составляющую трения. В формуле (I) £н - радиус закруглений вершин неровностей; - плотность неровностей; - среднее удельное давление по выступам рисунка протектора; ^ ~ опытный коэффициент, зависящий от состава резины протектора; V - коэффициент относительного внутреннего трений резины; С,1Г, - постоянные; £а - энергия активации молекул резины; Рв - постоянная Клайперона; Ь0 - температура окружающей среды; ТГ - скорость скольжения контакта шины; Ен - модуль упругости резины протектора; коэффициент насыщенности рисунка, протектора в продольной плоскости колеса — КпР.

Молекулярная составляющая трения зависит не только от свойств резины протектора, но и от материала покрытия, прежде всего адгезионных качеств камня, использованного для строительства покрытия и слоя износа. Измерения, проведенные автором в лаборатории внешнего трения-ИМАШ АН СССР, показали, что из'рассмотренных пород камня наилучшими адгезионными качествами обладают известняк ( ^о. = 0,92) и гранит ( = 0,92...0,75), наихудшими - доломит (/а = 0,67). Наибольшая адгезия при трении пары "резина - камень" отмечена у крупнозернистых грани-тое, наименьшая - у мелкозернистых.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы о роли шероховатости поверхности скольжения в формировании силы 3

трения: увеличение шероховатости приводит к уменьшению площади фактического контакта, следствием чего является уменьшение молекулярной (адгезионной) составляющей силы трения и увеличение механической (деформационной)) способствует разрыву пленки смазки и вступлению взаимодействующих тел в непосредственный контакт; на сухих покрытиях увеличение шероховатости поверхности трения должно приводить к уменьшению силы трения. Значительное влияние на трение оказызают тепловые процессы в контакте и связанные с ними изменения физико-механических свойств взаимодействующих тел; на смазанных поверхностях повышение шероховатости приводит к увеличению силы трения; чрезмерно острые углы (менее 100°) при вершине неровностей шероховатости вызывают повреждение резиновых образцов при трении.

Трение нельзя рассматривать без учета скорости перемещения взаимодействующих тел и температуры в контакте. Автомобильные шины работают в широком диапазоне скоростей (согласно правилам дорожного движения .до 25 м/с (90 км/ч),) а фактически и более высоких). В этих условиях в контакте и в самой иине развиваются достаточно высокие температуры, существенно меняющие физико-механические свойства резины протектора. Для изучения закономерностей трения при различных скоростях движения на покрытиях с разной глубиной текстуры поверхности были проведены эксперимен-тат&ные исследования, подтвердившие вывода о рати макрошероховатости в формировании силы трения и позволявшие получить коли- -чественные закономерности:

I.R =const , Независимо от величины R на мокрыхт покрытиях увеличение скорости дзикения сопровождается снижением коэффициента сцепления причем интенсивность снижения яв-

ляется функцией глубины текстуры (рис.3).

Для крупношероховатых поверхностей в диапазоне от 11,1 м/с , (40 км/ч) до 22,2 м/с (80 км/ч) зависимость .Умлинейная; <ЯМ = Q. +■ В • V , где а и 8 - коэффициенты, зависящие от шероховатости дорожного покрытия:

R , мы Ü

2,73 3,4...4,5 0,56 0,48

-0,00225 -0,001125

5,5...6,5

0,44 -0,00045

Ум

j/*o 60 во

^ Скорость, /см/</

Лс.З. Зависимость коэффициента сцепления ог скорости движения и вероховагости мокрого покрытия:

2. При V" = const измевекие глубины текстуры ( ) до-рогного покрытия может вызвать увеличение или снижение коэффициента сцепления (см. рис. з). На сухих покрытиях при любой скорости движения повышение шероховатости приводит к снижению коэффициента сцепления. Олнако благодаря хорошей адгезии величина коэффициента сцепления значительно превышает до-

пустимую по условиям безопасности. На покрыт покрытиях увеличение макрошероховатоста з зависимости от скорости может способствовать снижению величины коэффициента сцепления (при V ■< 16,7 м/с) или увеличению (прп1Г> 16,7 м/с). При скорости, близкой к 16,7 м/с (60 км/ч), коэффициент сцепления практически ае меняется с изменением глуб1и— .гэкстуры...Влияние микроперсховатости на величину коэффициента .сцепления..однозначно: её* увеличение знзн-?-вает рост коэффициента сцепления на сухих и мокрых покрытиях дорог при зсех скоростях движения. •

3. Шероховатость повышает стабильность сцепных качеств покрытий. 3 качестве показателей стабильности использованы коэффициенты, характеризующие изменение коэффициента сцепления при увлажнении покрытия (К* = /), при увеличении скорости движения ( К1-Г = Ум / Ум ) а средзеквадратическое отклонение величины коэффициента сцепления при измерении его на одном и том ае участке покрытия ( ). Установлено, что при увеличении макро- и микрошерохозатости показатели и .возрастают (что свидетельствует о повышении стабильности коэффициента сцепления), но до определенного предела-..^глубины макрошероховатости порядка 5...5,5 им). С ростом глубины текстуры разброс значений коэффициента сцепления ( <3^ ) уменьшается. ■

Теплотехнические расчеты показали, что иерохозатость поверхности покрытий способствует ослаблению процесса теплообразования и усиливает процесс охлаждения, протекающий в контакте автомобильных шин, следствием чего является повышение стабильности сцепных качеств (по температурному фактору). 3 результате уменьшения количества генерируемой в контакте теплоты из-за улучшения охлаждения шины на перохозатых покрытиях уменьшается снижение коэффициента сцепления, обусловленное ростом скорости движения.

При отрицательных температурах зоздуха я покрытия текстура его поверхности также положительно влияет за зеличину коэффициента сцепления (рис .4).

Влияние текстуры поверхности дорохаьос покрытий на условия движения автомобилей не ограничивается только изменением величины коэффициента сцепления. 3 зимний период макрошерохсзатость способствует задерхке (по зремени) образования снежного наката а облегчает лакзадацяп тонких гололедных пленок.

Об

«4

£

/а Чг«Пм

• /

V <о /А 2,0 45 Ао

АаКр»игерохо&а.тосП, *ш

3.5

Рис.Влияние шероховатости покрытия дороги на

коэффициент сцепления зимой. Температура воздуха:

а - -2...-4°С; б - -В...-15°С .

Скорость, км/ч : I- 40,0; 2 - 60,0; 3 - 80,0 •

Теплота, генерируемая в контакте или передаваемая от шинь., способна расплавить слой снега или льда толщиной $ :

/О-От-— мкм (2)

где - фактическая площадь контакта, м ; Сг я f удельная теплоемкость (Дж/кг.град) и плотность снега или льда (кг/м3); О,,- количество теплоты, поступающей в контакт. Да; "Ьм -температура .плавления снега и льда,- град; "к - температура снега'или льда, град ; - скрытая теплота плавления, Дг/кг.

При скольжении тепловой поток, обусловленный генерацией теплоты в контакте, равен:

с-гГ- Р ¿„-гГ, Вт

(з.:

где $ - коэффициент трения; С - вертикальная нагрузка на колесо, Н ; V - скорость скользения, а/с; р - давление в контакте.

При качении основным источником теплоты, идущей на плавление снега и льда, является сама шина. Тепловой поток, поступающий от шины в покрытие, равен:

й-* (О)

где К - коэффициент теплопередачи от пгаяы к покрытии дороги, Вт/м~. град ; ^ - площадь фактического контакта шияк с покрытием, - температура шины и покрытия, °С.

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕКСТУРЫ ЕСНЕРХНОСТЯ Л СЦЕННЫХ КАЧЕСТВ Д0РС1НЫХ ПОКРЫГЛЯ 3 ПЕРИОД И! ЭКСПЛУАТАЦИИ

Изменение параметров текстуры поверхности дородных покрытий в процессе юс эксплуатации проявляется з уменьшении зысоты а шлифовке нерозностей макро- и цикрошероховатосгя. Наблюдения за работой шерохозатых слоев износа показали, что уменьшение макрошероховатости их поверхности протекает в два этапа:

1. После открытия движения транспорта происходит быстрое погружение в покрытие зерен щебня, формирующих неровности макрос роховатости. Этот этап мозсно назвать этапом приработки покрытия. Ввиду яебольиой его продолжительности эффект шлифовки не успевает проявиться в долзной мере.

2. На втором этапе, характеризующемся замедлением, а затеи и прекращением погрузения щебня, основной причиной уменьшения шероховатости является ялифсзка неровностей макрошероховатоста. Общая закономерность изменения аанрошероховатоста описывается уравнением вида

-1-М

(3 = ^-9 -с, (5)

где Й - глубина неровностей макрошероховатости; М - количество прошедших автомобилей; - коэффициенты, зависящие от размера щебня, твердости покрытия, состава транспортного потока, материала и степени уплотнения покрытая, логодво-клпма-тических условий и характеризующие интенсивность изменения макрошероховатости слоя износа дородного покрытия, Тзердосгь покрытия характеризуется сопротивлением погружения щебня, форма-рущего неровности макрошероховатоста. Для учета состава граас-

13

портного потока использован принцип приведения, транспортных средств к расчетному автомобилю.

Продолжительность периода приработки покрытия тем короче, чем меньше размер щебня слоя износа, выше интенсивность движения и болыае ь потоке тяжелых автомобилей. Зависимость уменьшения «акрошероховагости ( Л К ) от указанных факторов можно выразить эмпирическим уравнением

й1" 8/м».» (6)

где Мн_35 - число прошедших по покрытию автомобилей, расчетных для нагрузки Н-ЗО;^!! - коэффициенты, зависящие от размера щебня и твердости покрытия.

Шлифовка зерен щебня - более длительный процесс. Поэтому Еторой этап работы шероховатых слоев износа по продолжительности значительно превосходит первый.

Измерения глубины неровностей микро- и макрошероховатости на покрытиях автомобильных дорог позволили выявить сезонные циклы их изменения, не меняющие, однако, общую закономерность уменьшения шероховатости покрытия в процессе его эксплуатации. Б зимний период макро- и микросероховатость увеличивается. Макрошероховатость в наибольшей мере увеличивается в первую зиму после окончания строительства слоя износа. В последующие зимы ее увеличение постепенно ослабевает. Зимнее увеличение микрошероховатости практически не зависит от срока службы покрытия.

Изменение глубины текстуры покрытия под воздействием колес автомобилей приводит к изменению его сцепных качеств - уменьшению коэффициента сцепления и увеличению его изменчивости. Изменение сцепных качеств мокрых: покрытий повторяет изменение шероховатости кх поверхности (включая и сезонные). Лишь в период приработки слоя износа снижение коэффициента сцепления (длл высоких скоростей движения) отстает от уменьшения макро-иероховатости.

Отесда следует, что срок службы дорожных покрытий по сцепным качествам (равный периоду времени с момента окончания строительства к открытия движения транспорта до момента, когда коэффициент сцепления опустится ниже уровня, предельно допустимого до условиям безопасности движения) можно определить 14

исходя из закономерностей изменения аерохогатости их поверхности под воздействием колес проходящих автомобилей:

ДЙ = »/(Л/,Т, 1,±, размер щезня ), (7)

где N - интенсивность движения расчетных азтокобилзй;

Т - срок службы покрытия; £■ - показатель твердости покрытая; "Ь - температурные условия з районе расположения дороги.

Многолетние наблюдения за работой шероховатых слоев аз-носа на асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог позволил установить количественную сзязь между этими показателями.

На основании проведенного исследования рекомендуются предельные значения высоты неровностей иакрошерохозатостя, представленные з табл. I. Возможно увеличение верхнего предела высоты неровностей макрошероховагости по условиям плавности хода автомобилей путем совершенствования технологии строительства шероховатых слоев износа.

Таблица I

Параметры

| . Скорость движения.м/с (км/ч)

Минимальный коэффицит

ент сцепления на мок- 0,45...' 0,28... 0,35 0,25 0,27 0,29

ром покрытии 0,50 0,30

Глубина неровностей

макроиероховатости,

мм:

минимальная 0,3 0,3 0,4 0,5 0,8 1,2

максимальная:

а) по сцепным качествам 3...4 5 .. .'б б".. .7

б) по урОВЕВ ""'вибрации - 7,0 . 6,5 5,5 ;

ВДИШшЕ ЖИДКОСТИ, НАХОДЯЩЕЙСЯ НА ПСКРЫТШ ДОРОГ, НА КОНТАКТ АВТ0Ы0Б7ЛЫШХ ШИН

Е результате поступательного движения автомобиля его колесо оказывает динамическое воздействие ва слой жидкости, находящийся на покрытии дороги, следствием чего является ее ответная динамическая реакция. При наличии непосредственного контакта колеса с покрытие« дороги сила гидродинамического давления может быть

найдена из уравнения количества движения:

= (8)

где й,, - расход жидкости, проведаей через сечения 0-0 и 1-1 (рис.4); V и - скорость течения воды в сечениях 0-0 и 1-1: - угол наклона беговой дорожки шины относительно поверхности дорожного покрытия; £ . - угол, образованный направлением поступательного двизения колеса и поверхностью беговой дорожки шины: р - гидродинамическое давление.

Пренебрегая потерями энергии на участке между сечениями 0-0 к 1-1 из-за их малости и принимая » из уравнения

(8) получаем выражения для определения гидродинамической подъемной силы Г1 :

Г (Н) (9)

в сопротивления поступательному движению Гг :

Г^с^^г^, (н) (Ю)

где _$>. - плотность жидкости, кг/м3; Н - глубина слоя жидкости на покрытии дороги, м| С^ - динамический коэффициент;

= (турбулентность потока; движение воды в трех направлениях; вовлечение в работу воды на участке, более широком чем ширина шины; соотношение ширины беговой дорожки шины и длины смоченной ее поверхности); 9 - ширина беговой дорожки шины, м; V а/с.

С ростом скорости движения гидродинамическая подъемная сила достигает такой величины, что становится равной, а затем и превосходит нагрузку, передаваемую на покрытие от колеса автомобиля, вследствие чего колесо приподнимается над покрытием и начинает скользить по слою жидкости. После начала скольжения 16-

Рас .5. Схема к определении гидродинамической подземной силы

станазлизается режим, при котором глубина погружения шины з во-у определяется равенством вертикальной нагрузки на колесо а эдьеаной силы жидкости. Скорость, при которой происходит огрыз злеса от покрытия, может быть определена аз уравнения (8), зла принять Г, = б :

а скорость, после достижения которой начинается процесс умень-зная зоны непосредственного контакта шины с покрытием дорога, авна

ае 6 - вертикальная нагрузка, передаваемая от колеса автомо-иля на опорную поверхность, Н; р - среднее давление в зоне зпосредственного контакта шины с покрытием дороги, Н/м^;

- длина смоченной поверхности беговой дорожки.шины, м. равнение результатов расчета по формуле (II) с эксперименталь-ами данными показало достаточно хорошее ах совпадение.

После начала скольжения возникают условия, при которых вдродинамическая сила определяется двумя факторами: динами-зской реакцией жидкости з результате поступательного дзижения элеса и давлением, обусловленным силами зязкости жидхости.

(12)

При достаточной глубине слоя жидкости под колесом (более толщины пограничного слоя) ввиду значительного снижения роли сил вязкости составляющей гидродинамического давления, определяемой этим фактором, можно пренебречь и рассмотреть процесс скольжения колеса по слою жидкости с позиции теории глиссирования.

Из теории глиссирования известно, что при параболической форме глиссирующей поверхности (форма беговой дорожки шины в пределах смоченной поверхности колеса) составляющие динамической силы могут быть выражены с помощью интеграла Лагранжа:

1 У ^ ' (13)

где £т , ? <['(х) г р - система па-

раметров глиссирующего тела. В конечном счете эти уравнения приводятся к виду, аналогичному уравнениям (9) и (10), но со своим динамическим коэффициентом Су

1 2 г л , (15)

Наличие ребер и канавок рисунка протектора не меняет характера динамического воздействия жидкости на автомобильное колесо. Влияние рисунка протектора псоявляется в аккумулировании воды в дренажных канавках, т-е. в фактическом уменьшении глубины слоя жидкости, оказывающей динамическое давление на колесо. При малой глубане слоя жидкости на покрытии рисунок про-.тектора может полностью предотвратить глиссирование. При значительной глубине жидкости или недостаточной глубине дренажных канавок протектора явление глиссирования может возникнуть, но пр более высокой скорости, чем у вин с гладким протектором. ~ Расчеты по уравнениям (9)...(15) требует знания глубины зо- . да на покрытиях дорог. Теоретический аналвз положений теории -стока позволил вывести уравнение для определения глубины слоя стока на покрытии дорога во вре:дя доздя, учдтывазаее влияние. ■ текстуры поверхности покрытия на сток: 18

ц/ а Г-П\

11 30-уТ ' ' (16)

где 0. - интенсивность дождя, мм/мин; X, - длина участка стока воды по покрытию дороги» им; п - коэффициент гидравлической шероховатости поверхности дорогного покрытия:

П«й*7«.9, (1?)

й - высота неровностей шероховатости покрытия дорога» и;

I - уклон участка стока воды.

Экспериментальная проверка уравнения (16) проведена в натурных условиях на стоковых площадках, на которых одновременно измерялась глубина слоя стока и интенсивность дождя. Параметры площадок для измерения слоя стока (длина, ширина, тип покрытия, качество его уплотнения и шероховатость поверхности, уклон) аналогичны характеристикам поверхносги. проезжей части автомобильных дорог. Эксперименты подтвердили справедливость зависимости (16). Средняя ошибка составила менее 8,5^5 при наиболее часто встречавшейся ошибке 6,25/5.

РОЛЬ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЯ Б ОБЕСПЕЧЕНИЙ РЕШША, УДОБСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ДВ'ИЖЯ АЕТШОБ'ЛЛЕй

Для изучения характера и степени влияния текстуры покрытий на режим, безопасность и удобство дзиаения автомобилей, на работу автомобильного транспорта был проведен комплекс исследований на автомобильных дорогах общей сети. Комплекс исследований зклпчал: а) измерение скорости движения автомобилей на покрытиях с шероховатой и гладкой поверхность», сухих и мокрых, во время дохдя, летом и зимой; б) анализ статистики ДТП (количество аварий и тяасесть их последствий), случившихся на участках дорог с с мокрым гладким и шероховатым покрытием; анализ литературных дан"йых о влиянии параметров текстуры на светоотраааодие качества покрытий и психофизиологическое состояние водителей; в) измерение уровня вибрации автомобиля и уровня транспортного шума, вызванных воздействием неровностей текстуры на автомобиль; г) измерение сопротивления качению автомобильных шин и связанного с ним расхода топлива; д) анализ литературных данных о влиянии текстуры на износ автомобильных шин и сбор данных о фактическом пробеге шин на покрытиях дорог с макрошероховатой

Л9

поверхностью. Во всех случаях методика исследований обеспечивала выделение изучаемого фактора (текстуры покрытия) из множества других, влияющие на рассматриваемый параметр. Например, при изучении влияния текстуры покрытий на скорость движения автомобилей измерения проведены на горизонтальных участках дорог, .прямых в плане, с одинаковой обстановкой пути, расположенных вдали от населенных пунктов, перекрестков и примыканий дорог, с одинаковой ■ шириной проезжей части и обочин. Участки выбирались так, чтобы интенсивность движения и состав транспортного потока были одинаковыми или очень близкими. Единственное отличие участков состоит в степени шероховатости поверхности покрытий. Для учета необходимости адаптации водителей к условиям движения участка для измерения скорости располагались на удалении от места изменения глубины текстуры покрытия не менее чем 1..Л,5 км. Аналогичным образом выбирались участка для измерения уровня вибрации автомобиля, сопротивления качению автомобильных шин и расхода топлива азтомобп-лями.

Анализ .статистики ДТП проведен для двух участкоз автомобильной дороги Москва - Ленинград: в районе города Вышний Волочек (протяженностью 156 км) и Г- Калинина (протяженностью 93,3 кк). Рассмотрен пятилетний период работы дороги; оценена протяженность покрытий с шероховатой (шероховатый слой износа) и гладкой (отсутствие шероховатого слоя износа) поверхностью. Сбор данных о ходимости автомобильных шин осуществлен в управлении грузовых перевозок г. Новгорода, эксплуатирующем свои автомобили только на автомобильной дороге Москва - Ленинград на участке от г. Ленинграда до г. Калинина, где в настоящее время практически не имеется гладких покрытий.

Для обеспечения достаточной надежности (не менее 95£) результатов исследований количество измерений определено в соответствии с требованиями математической статистики.

Проведенные исследования позволили установить, что создание макроаероховатой поверхности дорожных покрытий:

I. Не оказывает влияния на скорость движения автомобилей на сухих покрытиях летом. На мокрых покрытиях и зимой на покрытиях, чистых от снега и льда , макрошероховатая поверхность способствует увеличению скорости движения. Обусловленный этим выигрыш в скорости движения при неблагоприятных погодных усло-20

вяях состазляет от 0,8 до 2,2 м/с (от 3 до 8 ш/ч). Положительный эффект текстуры поверхности покрытия проявляется при высоте ее неровностей не менее 1„..1,5 ии, наибольший эффект - в диапазоне скоростей от 16,7 до 19 Л м/с (от 60 до 70 км/ч).

2. Повышает безопасность движения. После устройства шероховатой поверхности чиолс ДТП, связанных со скользкостью мокрых покрытий, резко снижается (иногда на 10055). В последующеа число .ТТЛ постепенно возрастает - по мере уменьшения глубины текстуры. В среднем удельная аварийность на мокрых шероховатых покрытиях в 1,5...2 раза ниже, чем на таких же покрытиях с гладкой поверхности; в 1,5...2 раза иеньае а тяжесть последствий ДТП.

3. Оказывает благоприятное злияние на психофизиологическое состояние водителей (уменьшает нервное напряжение). Установлено, что водители оценивает покрытие как "не скользкое" при высоте неровностей макрошероховатости не менее 1...1.5 мм.

Снижает вероятность ослепления водителей.

5. Способствует повышении уровня шума легковых автомобилей. Однако дополнительный уровень шума, обусловленный влиянием текстуры поверхности покрытий, может быть значительно снижен путем повышения качества строительства (например, использованием более совершенной технологии, обеспечивающей более высокую однородность поверхности покрытия по степени шероховатости).

6. Увеличение глубины текстуры поверхности покрытия сопровождается ростом сопротивления качению и расхода топлива автонобилями. Для условий экспериментов установлено увеличение коэффициента сопротивления качению на асфальтобетонных покрытиях в среднем на на I мм высоты неровностей макрошероховатости, на цементобетонных покрытиях-^ на 13%.

7. Не увеличивает абразивного износа автомобильных шин. Абразивный износ определяется микрошероховатостью: он тем выше, чем зыше микрошероховатоегь.

3. Является причиной возникновения высокочастотных колебаний кузова автомобиля, которые тем сильнее, чем больпе высота заступов макрошероховатостзй и вн^е скорость дзхпенпя.

Измерениями виоросхоростя Сна оси переднего колеса; установлено, что рост вибрации кузова автомобиля начинается, когда высота неровностей шероховатости йревыаает 1...1,5 ми. В диа-

21

пазоне Rt)> = (I...1,5) - (4,5...5,5) им рост вибрации весьма незначителен; начиная с 4,5...5,5 мм - очень быстрый. Измерения вертикальной составляющей виброскорости позволили установить предельно допустимую высоту неровностей макрошероховатости (при строительстве слоя износа по способу поверхностной обработки).(табл. I).

Анализ возмущающего воздействия текстуры поверхности покрытий на колебания кузова автомобиля, проведенный на ЭВМ, путем оценки наибольших значений нормированной корреляционной функции и спектральной плоскости,

fl(D -e'^-cosp-B, (is)

показал, что возникающую вибрацию можно значительно спяэить путем придания неровностям макрошерохова:гости полигональной формы (при этом предельная высота неровностей может быть увеличена).

РАСЧЕТ ГЛУБИНЫ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЙ ДОРОГ

ПО УСЛОВИЯМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ • ■ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

■ Результаты проведенных исследований позволили сформулировать требования, которые следует предъявлять к дорожным покрытиям исходя из условий обеспечения безопасности движения автомобилей и охраны природы. Помимо прочности и связанной с вей ровности дорожные покрытия должны обеспечивать:.

1. По условиям безопасности движения - высокий уровень сцепных качеств, мало меняющийся при увлажнении покрытия; быстрый дренаж воды с поверхности проезжей части и из зоны контакта автомобильных шин; необходимый уровень светотехнических качеств (в зависимости от способа освещения дороги).

2. С целью охраны природы и улучшения условий труда -наименьший уровень транспортного шума; не превышающий допустимые санитарные норны уровень вибрации азтомобилей;наи-меньиий расход хлоридов в зимнее время.

3. С целью облегчения содержания дорог зимой - максимальную задержку образования снежного наката и облегчение

22

удаления льда и снега с проезгей части дорог.

4. С позиции экономики - наименьшую стоимость строительства; расчетный срок слузбы (т.е. сохранение требуемых транс-портно-зксплуатациоиных качеств в течение заданного периода времен:!").

Выполнение указанных требований возможно путем расчета параметров текстуры. Изучение профилей текстуры поверхности дорса-ных покрытий показало, что глубина неровностей связана с их длиной линейной зависимостью, а угол при вериине значительно больше ICO0. Это позволяет з качестве основного (расчетного) параметра текстуры принять ее глубину. Базой для расчета являются закономерности, ограаапцие зависимость транспоргно-эксялуата-циовных качеств покрытий от текстуры их поверхности. Расчет макрошерохозатости зклэтает назначение (по условиям обеспечения безопасности движения) высоты ее неровностей на последит! год службы шероховатой поверхности ( R )» срока службы, определение начальной шероховатости ( R ) и в конце периода приработки покрытия (или его слоя износа) - проверку соответствия назначенных и подсчитанных параметров макроиероховатости требованиям дренага воды, светотехническим, охраны природа и труда людей. Расчет выполняется в следующей последовательности:

. I. В зависимости от расчетной скорости ( 1Г ) и условий движения назначается минимально допускаемая по условиям безопасности величина коэффициента сцепления (У ) на мокрых покрытиях. **

2. Назначается наименьшая допускаемая макрошероховатость покрытия на последний год слуабы слоя износа: ^ = Уу*.).

3. Назначенная по сцепным качествам R проверяется по условиям стока воды с покрытия дороги и динамического воздействия водьц находящейся на покрытие, на колеса двияувдхся автомобилей,

4. Назначается срок службы шероховатой поверхности и по зависимостям, отрахзющиы закономерности изменения шероховатости в процессе эксплуатации дороги, определяеюя уменьшение аакроаероховатости ( ¿R ) за этот период времени.

5. Подсчитывает Р__:

Blf

^„HOO-fL/MOO-AA) (20)

и в конце периода приработки. Последняя проверяется по аЕусти-ческим* вибрационным и другим требованиям.

Методика расчета предусматривает определение нескольких возможных величин & в зависимости от размера используемого при строительстве слоя износа щебня. Решение о наиболее целесообразной (оптимальной) высоте неровностей макрошероховатости и размере щебня принимают с учетом расчетной скорости двиае'ния и требований обеспечения надлежащих светотехнических, вибрационных, шумовых качестз покрытия, по технико-экономическим и технологически соображениям. Рассчитанные размеры щебня и начальная высота неровностей макроиероховагости являются оптимальными по условиям эксплуатации дородного покрытия. Для расчета и оптимизации глубин текстуры составлена программа для ЭВМ.

Изложенная методика монет быть использована для прогноза изменения макрошероховатости и связанного с ней коэффициента сцепления в процессе эксплуатации покрытия. Накопленные данные позволяют выполнить такой прогноз для шероховатых слоев износа из гранитного щебня, построенных на асфальтобетонных покрытиях по способу поверхностной обработки и методу втапливания щебня. Сущность прогноза заключается в определении ожидаемой к концу рассматриваемого периода времени з:;соты неровностей макрошероховатости и нахождении по зтоау показателю величины коэффициента сцепления. Прогноз осуществляется на основе сведений о фактических характеристиках покрытия (твердости, размере щебня я начальной макрошероховатости слоя износа, глубине текстуры покрытия во время прогнозирования) и транспортного потока (интенсивности движения, составе потока, показателях возможного изменения характеристик транспортного потока к концу рассматриваемого периода).

Анализ технических характеристик легковых а грузовых автомобилей, фактических скоростей движения автомобилей разных типов на дорогах СССР, состаза транспортного потока и перспектив его изменения позволил выбрать в качестве расчетного легковой азгомобиль со средней нагрузкой на переднее колесо 2,95 кН, с алнзмп диаметром 13 дюймов а давлением воздуха в них 0,17 МДа (автомобиль типа "ВАЗ" и "Уоскзэт"), скорость движения 90 ка/ч.

Аварийность на мокрых дорогах непосредственно связана с количеством, интенсивностью, продолжительностью и частотой выпадения дождей. На Европейской территории СССР (ETC) количество атмосферных осадков, выпадающих.в теплое время года, постепенно уменьшается с севера на юг и с запада на восток. Точно таким не образом изменяется и количество ДТП на мокрых дорогах. 3 качестве показателя, характеризующего уровень аварийности, при анализе га пользован коэффициент относительной азарийности ( К ):

|{rt jw-fO*

36S-X-N ' (2i)

г

где 1ш - количество ДТП на мокрых покрытиях за Т лет на участке дороги длиной £ , км; Мг - среднегодовая суточная интенсивность движения (средняя за Т лет).

Совпадение распределения ДТП на мокрых покрытиях с распределением количества жидких атмосферных осадков позволяет разделить ETC (кроме горных районов) на зоны с определенны,! уровнем аварийности на дорогах с мокрым покрытием, причем границы зон с разной аварийностью целесообразно провести в соответствии с границами климатических зон.

Учет характеристик жидких атмосферных осадков при проектировании дорожных покрытий исходя из условия дренажа воды с поверхности проезжей части осуществлялся путем включения в расчет двух важнейших параметров, определяющих глубину слоя стока на покрытии: интенсивности и продолжительности дождя. Изучение характеристик дождей (интенсивности, продолжительности, вероятности выпадения, хода дождей), а также математических зависимостей, используемых при их расчете, позволило предложить зависимость для определения интенсивности расчетного дождя и рассчитать его продолжительность и вероятность появления.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТРОИТЕЛЬСТВА Д0Р01ШЯ ПОКРЫТИЙ С ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Влияние дорожных покрытий на движение автомобилей находит свое отражение в изменении экономических показателей работы автомобильного транспорта. Эффективность строительства шероховатых покрытий наглядно видна при сопоставлении величин транспортных затрат а потерь от дорожно-транспортных происшествий на доро-

25

гах с гладким и шероховатым покрытиями:

= АГГАИ, (22)

где Егд, Еш - приведенные транспортные расходы на гладком и шероховатом покрытиях; АЛ,АИ - потери от ДТП на мокрых гладких и шероховатых покрытиях.

от 1л мою г

E^XÍ^ +mSi + п-£. Нпг,

t (Т^СГ ' ■A=Ñ/0?-[y'P° + n^ji

(23)

>T (24)

где N - интенсивность движения, авт/сут; длина участка дороги, км; V, ГЦ,Л - число дней в году с сухим, влажным и мокрым покрытием; Л< - количество дней зимнего периода;

S. - средняя стоимость одного автомобиле-километра пробега в определенных дорожных условиях, коп/;азт-км; $. ={(v) ;

Р . - величина потерь на один автомобиле-киломегр пробега, N). Экономический эффект обусловлен увеличением скорости движения на мокрых покрытиях и на покрытиях, чистых от снега и льда, уменьшением количества ДТП и тяжести их последствий. Проведенные по уравнениям (22)...(24) расчеты показали, что экономический эффект от устройства шероховатых покрытий (или шероховатых слоев износа ) настолько велик, что их строительство окупается не более чем за 1...3,5 года при интенсивности движения 6000...2000 авт/сут (при ширине проезжей части 7,5 м и скорости транспортного потока 70 км/ч). Эффективность строительства шероховатых- покрытий зависит от климатических условий района строительства. Например, при интенсивности движения 5000 авт/сут и скорости транспортного потока 22,2 м/с (80 «и/ч) приведенный экономический эффект за 7 лет службы шероховатого покрытия составляет в районе г. Калинина 15 тыс.руб/км, в районе г. Грозного - II тыс.руб/км. Учет увеличения расхода топлива на крупношероховатых покрытиях (до 2% на I мм глубины нерозно-стей макрошероховагости для легковых автомобилей и от 0 до 1% для грузовых на асфальтобетонных покрытиях снижает величину экономического эффекта незначительно.

Экономический эффект от внедрения результатов яроведенко-

го i-оследования обусловлен: I) увеличением срока службы шероховатой поверхности покрытий и связанным с ним повышением эффективности работы автомобильного транспорта а уменьшением числа и тяжести последствий ДТП; 2) снижением расходов на лечение водителей автомобилей в результате уменьшения количества заболеваний, вызванных вибрацией.

Строительство покрытий с излишне глубокой текстурой поверхности призодят к возникновению народнохозяйственных потерь , а также социальной проблемы вследствие необходимости лечения водителей автомобилей от болезней, вызванных повышенной вибрацией автомобилей.

ОБЩИЕ ВЫВОДУ

Комплекс выполненных теоретических а экспериментальных исследований позволил установить основные закономерности, отрезавшие характер и степень влияния текстуры поверхности дородных покрытий на процессы и явления, протекающие в контакте автомобильных шин с покрытиями дорог; на режим, безопасность и удобство движения автомобилей; изменение текстуры з процессе эксплуатации покрытий; значения параметров, входящих в эти закономерности; разработать методы расчета и оптимизации глубины текстуры поверхности дорожных покрытий.

Теоретические исследования позволили:

1. На основе анализа результатов исследований внешнего трения выполнить прогноз влияния параметров текстуры поверхности дорожных покрытий на сцепление автомобильных вин с покрытием дороги при различных условиях движения.

2. Разработать концепцию, объясняющую процессы и явления, имеющие место в контакте автомобильных шин с мокрыми покрытиями дорог, вывести уравнения, позволяющие определить скорость начала скойьжения автомобильных шйн.

3. Разработать метод расчета глубины сдоя воды на проезжей часта дорог во время дождя, учитывавший влияние текстуры покрытия на слой стока.

А. Установить роль текстуры поверхности дорожных покрытий з тепловых процессах, имевших место в контакте автомобильных зан с покрытиями дорог, разработать зависимости для расчета качестза генерируемой в контакте теплоты и количества теплоты, передаваемой от вины покрытии дороги.

5. Разработать концепцию, объясняющую процесс оледенения снежного наката на покрытиях дорог зимой, вывести зависимости для расчета толщины расплавляемого слоя снега и льда и продолжительность его замерзания.

6. Установить характер и степень влияния параметров неровностей текстуры поверхности дорожных покрытий на вибронагружен-носгь автомобилей.

7. Разработать предложения по учету климатических характеристик района строительства при расчете глубины текстуры поверхности дорожных покрытий, определить параметры расчетного дождя, разработать зонирование Европейской территории СССР в зависимости от вероятности возникновения ДТП на мокрых покрытиях дорог.

Экспериментальные исследования, проведенные в натурных условиях, позволили:

1. Прозерить и подтвердить справедливость теоретического анализа зависимости сцепных качеств дорожных покрытий от параметров текстуры их поверхности.Установить количественные характеристики зависимости величины коэффициента сцепления и стабильности его значений от глубины текстуры и скорости движения автомобилей.

2. Установить причины и закономерности изменения глубины текстуры и зависящих от нее сцепных качеств и срока службы (по сцепным качествам) шероховатых слоев износа дорожных покрытий в процессе их эксплуатации.

3. Проверить и подтвердить справедливость зависимости для расчета глубины слоя стока на покрытиях автомобильных дорог.

Определить закономерности изменения параметров зоны контакта автомобильных шин с покрытием дороги.

5. Установить характер и степень влияния глубины текстуры поверхности доронных покрытий на режим, удобство и безопасность движения автомобилей (на скорость и безопасность движения, уровень вибрации автомобилей, на сопротивление качению и расход топлива, износ автомобильных шин, уточнить влияние текстуры на уровень транспортного иума).

На основе теоретических разработок и экспериментальных исследований разработаны:

1. Требования к текстуре поверхности дорожных покрытий с целью обеспечения необходимых транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.

2. Нормы глубины выемок ■ыакроиерохозатости поверхности дороаных покрытий по услозиям обеспечения сцепных качеств и минимальной вибрации автомобилей.

3. Метод расчета глубины текстуры поверхности дороаных покрытий . Для случая устройства шероховатых слоев износа по способу поверхностной обработки и вталлизания щебня разработан метод расчета размера щебня для строительства.

4. Метод расчета глубины текстуры поверхности покрытий дорог по условиям стока воды с проезжей части и обеспечения контакта автомобильных иин с покрытием,

5. Методика прогноза вероятного изменения сцепных качеств дороаных покрытий (во времени).

Проведенный экономический анализ позволил установить высокую экономическую и социальную эффективность строительства дорожных покрытий с шероховатой поверхность». Экономическая эффективность отдельных технологий определяется конкретными условиями строительства и характеристиками транспортного потока.

Результаты проведенных исследований приводят к зыводу о необходимости:

1. Включения расчета глубины текстуры поверхности дорожных покрытий в качестве одного из этапов в процесс проектирова- -ния дорожных одежд.

2. Учета требований к текстуре поверхности дорожных покрытий и закономерностей ее изменения в процессе эксплуатации покрытия при проектировании составов асфальтобетонных смесей, разработки методов оценки изменения текстуры з зависимости от твердости покрытия.

3. Включения в официальные документы положений по контролю качества строительства текстуры поверхности дорожных по- . крытий.

4. Разработки искусственных каменных материалов для строительства шероховатых слоев износа, обеспечивающих тре-Зуемую микрошероховатосгь покрытий в течение заданного перао-1а времени. -

5. Ежегодной инструментальной оценки параметров текстуры поверхности дорожных покрытий и прогноза вероятного изменения сцепных качеств (согласно разработанной в данной работе методике) на ближайшую перспективу с целью обоснования ремонтных работ.

6. Совершенствования подвески автомобилей и автомобильных шин с целью гашения виброколебаний, возбуждаемых неровностями макрошерохозатости дорожных покрытий.

7. Учета фактора стока воды по проезжей части при проектировании продольного и поперечного профилей дорог.

Изложенные и обобщенные в диссертации исследования внедрены в нормативных документах Минавтодора РСФСР, Миндорстроя БССР, МВД СССР, Минздрава СССР, других ведомств, а также на ряде автомобильных дорог страны. Экономический эффект от внедрения результатов исследования составляет: по данным Управления автомобильной дороги Москва - Ленинград - 4200 руб/ки, Миндорстроя ЕССР - 650 руб/км, МВД СССР - уменьшение числа ДТП из-за скользкости покрытий на 8...1055.

Исследования по теме диссертации отражены в 45 статьях и монографии, использованы в 10 нормативно-технических документах (см. раздел "Реализация работы");

I. Немчинов М.З. Глиссирование колес // Бюллетень научно-технической информации Министерства гражданской авиации. 1969. й 3. С.1-53.

■ 2. Немчинов-М.В. О сцеплении шин с мокрыми покрытиями // Обеспечение безопасности движения на автомобильных дорогах: Тр./ МАДИ. - М., 1969, вып. 28. С.77-87.

3. Немчинов М.В. Особенности взаимодействия шины с мокрым дорожньш покрытием и безопасность движения автомобиля // Проблемы безопасности движения / ВНИИВД МВД СССР. - 11., 1970, вып.4. С. 7-14.

4. Немчинов М.В. К расчету коэффициента шероховатости дороаных покрытий // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1971. № 5. С. 152-157.

5. Немчинов М.В., Марьяхин Л.Г. Требования к текстуре поверхности для высоких скоростей движения // Материалы У Всесоюзного научно-технического совещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строительстве /СоюздорНЙИ.

за

- М., 1971. С.61-69.

6. Немчинов М.В. К расчету коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием // Безопасность движения на дорогах: Тр./ МАДИ. - Н., 1972, вып.ЗЗ. С.66-94.

7. Немчинов М.В. Роль шероховатости дорожных покрытий в обеспечении безопасности движения // Задачи повышения безопасности движения / МАДИ. - М., 1972. С.12.

8. Немчинов М.З., Марьяхин Л.Г. Исследование некоторых факторов, влияющих ва сцепные свойства дорожных покрытий // Организация и безопасность движения: Тр. ГипродорНЛИ. - М.,1973, вып.5. С. 27-33.

9. Немчинов М.В. К расчету слоя стока на покрытиях автомобильных дорог // Проектирование автомобильных дорог: Тр./МАДИ.

- М., 1971, вып.51. С.83-90.

10. Хорошилов Н.Ф., Бабков В.Ф., Немчинов М.В. и др. Организация и безопасность движения: Национальный доклад СССР на 1У совещании специалистов-дорожников социалистических стран/ СоюздорНМЙ. -М., 1973. С.1-22.

11. Васильев А.П., Немчинов М.В., Бородин К.А. Обеспечение удобства и безопасности движения / ЦБНТИ Минавтодора РСФСР.

- М., 1974. С.1-52.

12. Немчинов М.В. Дополнительные требования к шероховатости покрытий высокоскоростных дорог // Ровность дорожных покрытий и их сопротивление скольгению автомобильных шин: Тр./Союз-дорНИИ. - М., 1974, вып. 72. С. 18-26.

13. Немчинов М.В., Порожняков B.C. Актуальные направления исследований в области изучения скользкости и шероховатости дорожных покрытий // Транспортно-эксплуагационные качества автомобильных дорог: Тр;/МАДИ. - М., 1975, вып. 81. С. 4-18.

14. Немчинов М.В. Шероховатость дорожных покрытий // Транс-портно-эксплуатационные качества автомооильных дорог: Тр./МАДЛ.

- М., 1975т вып. 81. С. 62-71.

15. BqBkov V.f,,AsX7ov)/.k,AfanasY0vfA.b.t...tNemchinovM.V.,... _ Roads and Motoiwavs i-и zeiation to traffic zeq,uL?ements.Rccd and Mototways ¿мига? aieasf equipment,орега^ш. XVth Woztd Road Constats. Mexico, -197?.-36P.

16. Немчинов М.В. К вопросу назначения шероховатости дорожных покрытий // Влияние дорожных условий на безопасность

движения: Тр. Гипродорнии. - М., 1975, вып.14. С. 84-92.

. 17. Немчинов М.В., Марьяхин Л.Г. Работа шероховатых поверхностных обработок зимой // Влияние дорожных условий на безопасность двиаения : Тр./ ГипродорНИИ. - М., 1975, вып.14. С. 45-51. .

18. Пороаняков B.C., Немчинов М.В. Корреляционные испытания приборов для измерения коэффициента сцепления // Автомобильные дороги. 1975. Й 10. С.28-29.

19. Астров В.А., Юмашев В.М., Немчинов М.В. Нормирование коэффициентов сцепления и параметров шероховатости дорожных

i покрытий ! с учетом условий движения // Материалы У1 Всесоюзного совещания по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып.1. Планирование и проектирование автомобильных дорог / СоюздорНИИ. - М.,197б. С.103-107.

20. Немчинов М.В., Мамкина И.А. Технико-экономические вопросы устройства шероховатых поверхностных обработок // Совершенствование организации движения и повышение безопасности на автомобильных дорогах: Тр. /ГипродорНИИ. - М.,1976, вып.19. С.103-118.

21. Васильев А.П., Немчинов М.В. Безопасность движения в осенний и весенний периоды года. - М.: Транспорт, 1976.

- 80 с.

22. Немчинов М.В., Языков A.M. О взаимодействии автомобильных шин с дорожным покрытием // Инженерные проблемы градостроительства и прикладная геометрия в архитектурно-строительном проектировании: Тр. /МИСИ. - М., 1977, вып. 149. С.59-64.

23. Указания по организации и обеспечению безопасности дзкзения на автомобильных дорогах. ВСН 25-76 Минавтодора РС5СР /Бабков З.Ф., Дивочкин O.A., Немчинов М.В. и др. -У.: Транспорт, 1977. - 176 с.

24. Немчинов 11.3. 0 проектировании дорожных покрытий // Тезисы докладов ка республиканском совещании "Исследование путей повышения качества и ускорения дорожного строительства в условиях Сибири и Дальнего Востока п /СибАДИ.

- Омск, 1977. С.79-80.

25. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью: ВСН 38-77 Минавтодора РС4СР / Васильев А.П., Эрастов А.Я., Немчинов М.З. и др. - и.: Транспорт, 1976. - 56 с.

26. Немчинов М.В. Требования к покрытиям городских улиц а дорог // Пути повышения безопасности дорожного движения / КАДИ-МАДй. - Каев, 1978. С.49-51.

27. Расчет глубины слоя воды на дорожной поверхности // Проектирование мостовых переходов: Сб. науч. тр./ ПАДИ. - и», 1980. С. 97-103.

28. Немчинов М.В., Тарасенков В Л. Нормирование скорости движения в зависимости от сцепных качеств дорожных покрытий// Влияние скорости на режим и безопасность движения: Сб. науч. тр. / ВНШ1БД МВД СССР и НИИ криминалистики и криминологии ДНМ МВД НРБ. - П.: ВШШБД МВД СССР, 1980. - С.74-82.

29. Немчинов М.З. Проблемы и методы повышения сцепных качеств покрытий дорог // Проблемы научно-технического прогресса в обеспечении безопасности дорожного движения / ВШЙБД МВД СССР. - М., 1980. С.83-84.

• 30. Немчинов М.5. Роль текстуры дорожной поверхности в формировании теплового режима в зоне контакта иин с покрытием// Современные методы организации и повышения безопасности движения на автомобильных дорогах: Тр. /ГипродорНЯИ. - П., 1981. С. 71-80.

31. Немчинов М.В. Взаимодействие автомобильного колеса с мокрым дорожным покрытием // Повышение прочности и надежности дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог / МАДИ. - М., 1981. С.56-58.

32. Немчинов 11.В. Ыетод расчета глубины текс5уру поверхности покрытий автомобильных дорог.// Совершенствован ¡е методой строительства а эксплуатации автомобильных дорог / ПАДИ. » Мм 1982. С.90-98.

33. Нецчввоз Ц.В. Проектирование я строительно дорожных покрытий с шероховатой поверхностью / МАДИ. - У., 1982. С.144.

34. Неачинов М.В. Методика оценки сцепных качеств дорожных покрытий // Эффективность г качество дороаногО строительства/ ИДО. -Им 1983. С.65-72.

35. Методические рекомендации по проектированию и оборудованию азтомаг'ист{1алей для обеспечения безопасности движения, Васильев А.П., Лобанов Е.М., Немчинов М.В. и др. - М.: Транспо] 1983. - 120 с.

36. Немчинов .4.3. Совершенствование методов строительства шероховатых слоев износа // Пути повышения качества строительства дорожных одежд / Владимирский политехнический институт.

- М., 1983. - ЗС с.

37. Немчинов М.З. Проектирование и строительство дорожных покрытий с шероховатой поверхностью // Вопросы повышения качества поверхности дорожных и аэродромных покрытий / СоюздорКИИ.

- М., 198$. С.66-70.

38. Немчинов М.В., Косарев Б.М, Оценка и прогнозирование сцепных качеств покрытий автомобильных дорог / МАДИ. - М., IS84. - 90 с.

39. Немчинов М.З. Еероховатость дорожных покрытий как источник колебаний автомобиля // Проблемы развития сети и улучшение эксплуатационных качеств автомобильных дорог местного значения и внутрихозяйственных дорог колхозов и совхозов /

БПЛ. - Минск, 1984. С.88-91.

40. Немчинов М.З., Косарев Б.М. Нормирование параметров шероховатости дорожных покрытий по условию обеспечения плавности хода автомобилей // Повышение качества строительства автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР / Владимирский политехнический институт. - Владимир, 1984. С.193-194.

41. Немчинов М.В. Работоспособность шероховатых слоев износа покрытий автомобильных дорог (по сцепным качествам)// Пути псзывения надежности автомобильных дорог/МАДИ. - М., 1984 С. 87-56.

42. Немчинов М.З. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобилей. - М.: Транспорт, 1985.

- 231 с.

43. Немчинов М.З. Вероятностная оценка шероховатости дорожных покрытий и колебания автомобиля // Повышение сроков слухбы и качества автомобильных дорог/ МАДИ. - М., 1986.

С.56-66.

44. Немчинов М.З,, Косарев Б.М. Сезонные изменения сцепных качеств дорожных покрытий // Повышение сроков службы и

качества автомобильных дорог / МАЛИ. - М., 1986. С.67-72.

45. Немчинов М.З. Динамическое давление зоды на колеса автомобилей // Совершенствование технологии и организации строительства и эксплуатации автомобильных дорог / МАИ. - М., 1937. С.79-84.

адх-г. 1 - 27СС5 от 22.C5.89r. 3.580 т.32О