автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог

На правах рукописи

Савельев Валерий Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ТИПА И КОНСТРУКЦИЙ ОДЕЖД ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Специальность 05.21.01. - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Йошкар-Ола 2006

Работа выполнена на кафедрах транспорта леса, технологии и оборудования лесопромышленных производств Марийского государственного технического университета.

Научный консультант - доктор технических наук .профессор

Ширнин Юрий Александрович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Карпачев Сергей Петрович;

- доктор технических наук, профессор Морозов Владимир Станиславович;

- доктор технических наук, профессор Пошарников Феликс Владимирович.

Ведущая организация - Уральский государственный

лесотехнический университет

Защита диссертации состоится 1 марта 2006 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д212.115.02 при Марийском государственном техническом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, МарГТУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета

Автореферат разослан « января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Войтко П.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективность работы лесовозного автомобильного транспорта определяется наличием и качественным состоянием лесовозных автомобильных дорог круглогодового действия, ритмичностью и высокими скоростями движения лесовозных автопоездов.

Разнообразие почвенно-грунтовых и инженерно-геологических условий, таксационных показателей древостоев, рельефа местности и других факторов на участках лесовозных дорог обуславливают необходимость проектирования плана трассы, продольного и поперечных профилей, земляного полотна, конструкций дорожной одежды и водопропускных сооружений многовариантной проработкой технических решений.

Вывозка лесоматериалов по автомобильным дорогам без твердых покрытий связана со значительными затратами материальных средств. Удельный вес вывозки лесоматериалов по таким дорогам составляет более 40 %. Лесовозные дороги с грунтовыми покрытиями становятся труднопроезжаемыми в весенний и осенний периоды. Эксплуатационное состояние дорожной одежды существенно влияет на выбор типа лесовозного автопоезда, величину полезной рейсовой нагрузки, скорость движения и расход топлива. При вывозке лесоматериалов по грунтовым дорогам допускается значительный перерасход топлива, неэффективное использование автопоездов и высокая ее себестоимость.

Наряду с этим необходимо решать вопросы повышения качества дорог в связи с применением на вывозке лесоматериалов тяжелых лесовозных автопоездов на базе автомобилей-тягачей МАЗ-509А, МДЗ-5434, КрАЗ-255Л, КрАЭ-643701, Ка-мАЗ-43105, Урал-43204 и др., увеличением расстояний перевозки лесоматериалов и необходимостью снижения себестоимости загоювки лесопродукции.

Проблему дорожного строительства в лесу и районах Российской Федерации (РФ), где отсутствуют или имеются незначительные запасы прочных каменных материалов, можно решить за счет применения сборных и сборно-разборных колейных покрытий из железобетонных плит.

Экономию материалов, повышение надежности и транспортно-эксплуа-тационных качеств автомобильных дорог можно достичь за счет учета особенностей их эксплуатации под воздействием многократно повторяющейся подвижной нагрузки от колес лесовозных автопоездов, совершенствования методов расчета конструкций железобетонных плит, обоснования расчетных нагрузок, разработки подсистем автоматизированного проектирования и конструирования с целыо оптимизации параметров дорожных конструкций в САПР лесовозно-лесохозяйственных дорог (САГ1Р-ЛЛД).

Цель работы. Обоснование типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог путем разработки концепции и совершенствования методов расчета дорожных конструкций, создания математического, программного и информационного обеспечения для автоматизированного проектирования.

Объекты исследования - лесовозные автомобильные дороги, автопоезда, процессы взаимодействия лесовозных автопоездов с дорожными покрытиями.

Предметы исследования - алгоритмы проектирования дорожных одежд нежесткого и жесткого типа, жел ~ " тых и сборно-

разборных колейных покрытий, математические модели определения расчетных нагрузок и расчета нежестких и жестких дорожных одежд.

Методы исследования. Применялись методы: механики деформируемого твердого тела, математической статистики, теории расчета конструкций на упругом основании, анализа и синтеза проектных решений, системного подхода с математическим моделированием проектируемых объектов, имитационного моделирования на ЭВМ процессов взаимодействия элементов сборных и ебор-но-разборных покрытий с подвижным составом, натурного эксперимента.

Научная новизна работы. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог, отличающаяся учетом конкретных условий их эксплуатации. Математические модели, алгоритмы и программы: установления осевых нагрузок и коэффициентов перегрузки колес лесовозных автопоездов; обоснования расчетного автотранспортного средства и параметров расчетной нагрузки при проектировании лесовозных дорог, отличающиеся исследованиями фактических весовых и габаритных параметров перевозимых лесоматериалов, учетом влияния способов размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования.

Алгоритмы и программы автомагизированного расчета одежд нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость, отличающиеся моделями, идентифицирующими данные графиков, номограмм и таблиц нормативных документов с доверительной вероятностью более 95 %.

Рациональные параметры железобетонных плит и колейных покрытий и схемы их нагружения, отличающиеся учетом категории дороги, состава и ширины колеи автотранспортных средств, типа лесовозных автопоездов и реальных процессов взаимодействия колес многоосных лесовозных автопоездов с колесопроводами покрытий.

Методика расчета и система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и параметров сборных и сборно-разборных колейных покрытий, отличающиеся новым подходом в определении экстремальных расчетных усилий и размещении арматурных стержней в сечениях плит с учетом воздействия любого сочетания подвижных нагрузок от колес автотранспортных средств.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог, учитывающая конкретные природные, производственные, эксплуатационные и экономические условия.

2. Математические модели, алгоритмы, программы расчета и результаты исследований осевых нагрузок лесовозных автопоездов, позволяющие проанализировать их использование на вывозке лесоматериалов и влияние параметров размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования.

3. Математические модели и алгоритмы обоснования параметров расчетной нагрузки при проектировании лесовозных автомобильных дорог, позволяющие обосновать расчетное автотранспортное средство.

4. Комплекс компьютерных программ по совершенствованию проектных решений при оббеновании типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных

дорог, обеспечивающих оптимизацию дорожных конструкций и определение технико-экономических показателей функционирования лесотранспортных систем.

5. Методика расчета железобетонных плит колейных покрытий, позволяющая размещать арматурные стержни в соответствии с действующими в их сечениях экстремальными расчетными усилиями.

6. Система автоматизированного проектирования железобетонных плит и параметров колейных покрытий лесовозных дорог, учитывающая реальные условия нагружения колесопроводов подвижной нагрузкой.

Научная и практическая значимость. Научной новизной обладают методы, математические модели, алгоритмы и программы по обоснованию типа и конструкций нежестких и жестких дорожных одежд на основании многовариантного проектирования с учетом конкретных природных, производственных, эксплуатационных и экономических условий, дополняющие математическое, программное и информационное обеспечения САПР-ЛЛД.

Применение заводами и лесозаготовительными предприятиями алгоритмов и ЭВМ-программ расчета осевых нагрузок лесовозных автопоездов обеспечит рациональное размещение различных лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования при соблюдении нормативных весовых и габаритных параметров.

Реализация проектными организациями математического и информационного обеспечения, алгоритмов и ЭВМ-программ обоснования типа и конструкции дорожных одежд позволит получить рациональные дорожные конструкции, снизить затраты на строительство и эксплуатацию и вывозку лесоматериалов.

Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цеменшого бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейных покрытий дорог.

Достоверность результатов исследований. Научные положения, выводы и рекомендации работы обоснованы с использованием современных методов научных исследований, не противоречат теории расчета конструкций на упругом основании и подтверждены результатами статистической обработки экспериментальных данных, апробацией и внедрением результатов исследований в производство.

Личное участие автора в получении результатов. Все работы по разработке методик, математических моделей, алгоритмов и ЭВМ-программ, обоснованию осевых нагрузок лесовозных автопоездов и выполнению расчетов нежестких и жестких дорожных одежд с применением ЭВМ, разработке методик испытаний экспериментальных и опытных образцов плит, обработке материала, анализу и обобщению результатов исследований выполнены на основе многолетней работы автора.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при расчете и разработке конструкций дорожных плит из мелкозернистого цементного и плотного силикатною бетонов по планам объединений "Вологдалеспром" в 1975-1977 гг., "Кировлеспром" в 1986-1990 гг. и ОАО "Крупнопанельное домостроение" Республики Марий Эл в 1999 г. Изготовлены экспериментальные образцы и опытные паргии плит из мелкозернистого цементного и плотного

силикатного бетона, проведены их испытания в заводских условиях и покрытиях лесовозных автомобильных дорог Вологодской и Кировской областей Разработаны ТУ 21-53-60-88 "Плиты из плотного силикатного бетона для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог". Документация для изготовления дорожных плит из мелкозернистых бетонов передана объединениям "Вологдалес-пром" и "Кировлеспром", ОАО "Крупнопанельное домостроение". Комплекс программ автоматизированного проектирования нежестких дорожных одежд внедрен в ПСБ по проектированию объектов дорожного хозяйства. Разработанные методики, модели, алгоритмы и программы используются в учебном процессе МарГТУ

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзном симпозиуме по проблемам автоматизации проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов (Петрозаводск, 1978 г); Международных НТК (Екатеринбург, 1999 г.) и НПК (Йошкар-Ола, 1992, 1999, 2004 п., Сыктывкар, 2000 г.); Всероссийской НПК (Красноярск, 2002 г.); НТК МарПИ (Йошкар-Ола, 1975-1994 гг.), МЛТИ (Мытищи, 1981 г.), ЛТА (Ленинград, 1988 г.) и МарГТУ (Йошкар-Ола, 1995-2005 гг.); НТК (Пермь, 1991 г.); на технических советах ТПО "Кировлеспром" (Киров, 1986-1990 гг.); в отделе плотного силикатного бетона ВНИИстром (Красково, 1987-1988 гг.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано автором в 23 работах объемом 35,8 п. л. и 10 работах в соавторстве объемом 3,1 пл. (вклад автора 50 %), в том числе: 1 монография (15,3 п.л.); 2 учебных пособия (15.8 п.л.); 20 статей в научных журналах (5,8 п.л.), из них 8 статей (2,2 п.л.) в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций; 8 статей в ма1ериалах НТК и НПК (1,6 п.л.); 1 свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 44 приложений. Объем работы изложен на 319 стр. и включает 73 рисунка, 59 таблиц. Список литературы состоит из 261 наименования. Приложения включают 197 стр. текста, 45 рисунков, 37 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность исследований, сформулированы цель и задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, отмечена практическая значимость и научная новизна работы.

1. Современное состояние проблемы. Рассмотрены дорожно-транспортные условия перевозки лесоматериалов в России. Выполнен анализ конструкций и методики проектирования нежестких дорожных одежд автомобильных дорог Рассмотрены проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств колейных покрытий из железобетонных плит Сделан анализ и оценка меч од и к определения расчетных нагрузок на дорожные одежды, работ по автомашзиро-ванпому проектированию и определению стоимости дорожных одежд. Сформулированы задачи исследований.

Отраслевые дорожные нормы ОДН 218.046-01, введенные взамен ВСН 4683, содержат указания по конструированию и расчету нежестких дорожных

одежд автомобильных дорог общей сети. Указания ВСН 46-83 распространялись ранее на дорожные одежды лесовозных автомобильных дорог

К настоящему времени известно большое количество конструкций железобетонных плит для колейных покрытий лесовозных дорог, разработанных в различных организациях и институтах, отличающихся размерами в плане, по толщине, армированием, конструкциями стыковых соединений, формами очертания нижней опорной поверхности, применяемыми материалами Вопросам обоснования размеров плит в плане посвящены работы С.Н. Некрасова, Б.Н. Смирнова, Л.В. Петровского, В.И. Чернякевича, А.Н. Кочанова, В.К Курьянова, Д Н. Афоничева и других ученых.

Для расчета плит колейных покрытий широкое распространение имеют методы Б.Н. Жемочкина, M И. Горбунова-Посадова, И.А Симвулиди. Эти методы в своих исследованиях применяли Н.И. Скрипов, J1.E. Савин, Б.Н. Смирнов, J1.B Петровский, С.Н Некрасов, C.B. Коновалов, A.M. Кулебякин, Ю.В Игнатьев, А И. Холопов, Ю А Мозжухин, А.А Яблочкин, А.Н Кочанов, В.К. Курьянов, Д.Н. Афо-ничев и другие. Б.В. Уваров, А.А Яблочкин, В.В Бычков и другие предложили вести расчет плит на нелинейно-деформируемом основании, но принятые параметры фунтового основания следует определять экспериментально. Методика расчета железобетонных плит при действии изгибающих моментов от колесной и монтажной нагрузки приведена в ВСН 197-91.

При расчетах железобетонных плит колейных покрытий отсутствует единый подход по расчетной схеме нагружения, количеству рассматриваемых нагрузок от колес расчетного автотранспортного средства (АТС), их величине. В большинстве работ рассматривается статическое положение расчетной нагрузки (колес задней оси автомобиля типа МАЗ, задней тележки автомобиля типа КрАЗ или двух осей прицепа-роспуска типа ГКБ) в середине и на краю плит покрытия. По существующей методике расчета плит колейных покрытий расчетные усилия в их сечениях определяются с применением частных схем нагружения колесопроводов и табличных значений безразмерных величин. Данные обстоятельства не обеспечивают высокую точность расчетов, не учитывают реальные условия работы плит колейных покрытий при воздействии на них колес многоосных лесовозных автопоездов, нагрузки от которых могут прикладываться в любых местах колесопроводов Размещение арматуры в сечениях плит ведется без учета действующих в них знакопеременных изгибающих моментов и поперечных сил.

При разнообразии АТС важным является вопрос определения расчетных параметров подвижной нагрузки на дорожные одежды автомобильных дорог. СНиП 2 05 02-85, СНиП 2.05.07-91', ВСН 46-83, ОДН 218.046-01 и другие нормативные документы содержат различные рекомендации по определению параметров расчетной нагрузки на дорожные одежды и выбору расчетного автомобиля Методики определения приведенной интенсивности воздействия нагрузки Nр на проезжую часть и значения суммарных коэффициентов приведения

Sm çyM воздействия на дорожную одежду автомобилей и автопоездов, приведенные в ВСН 46-83, ОДН 218.046-01 и других источниках, требуют уточнения в связи с обновлением парка АТС

Проблемам автоматизированного проектирования дорожных одежд нежесткого типа посвящены работы, выполненные в СоюзлорНИИ, Союздорпроекте, ГипродорНИИ, Карельском филиале АН СССР и других учреждениях. В работах изложены принципы расчета дорожных одежд нежесткого типа на воздействие подвижных нагрузок в соответствии с ранее действующими инструкциями ВСН 46-72, ВСН 46-83, приведены алгоритмы для разработки ЭВМ-программ и основные расчетные зависимости и таблицы для расчета, которые требуют уточнения или доработки по методике ОДН 218.046-01.

Вопросам автоматизированного проектирования железобетонных плит и параметров колейного покрытия лесовозных автомобильных дорог посвящсны работы А.Н. Кочанова, В.К. Курьянова, Д.Н. Афоничева и др., основанные на применении существующей методики расчета плит.

2. Теоретические основы автоматизированного проектирования и конструирования дорожных одежд. Изложены концепция технико-экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд и структура подсистем автоматизированного проектирования дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог. Приведены математическая модель и алгоритм формирования лесовозных автопоездов, методика исследований фактических осевых нагрузок поездов. Разработаны экономико-математические модели определения стоимости строительства лесовозных автомобильных дорог и критерии оптимальности параметров железобетонных плит и колейных покрытий.

Выбор типа покрытия и конструкций дорожной одежды производится на основании технико-экономического обоснования, для реализации которого разработаны структуры подсистем САПР-ЛЛД (рис. 1... 5).

Транспортное освоение лесных массивов РФ связано со строительством дорог на местности с сезонным промерзанием грунтов, высоким стоянием фунтовых вод и наличием пучинистых грунтов. Поэтому дорогу необходимо разделить на участки с одинаковыми условиями проектирования по расчетной нагрузке, составу и перспективной интенсивности движения транспортных средств, однородным грунтовым условиям, типу местности по характеру и степени увлажнения, обеспеченности местными дорожно-строительными материалами и др.

Характеристики плана и продольного профиля, грунтовых, гидрологических и гидрогеологических условий являются определяющими при выборе типов и параметров земляного полотна, водоотводных сооружений и дорожной одежды. Величины продольных уклонов, тип одежды и ее состояние влияют на состав, скорости движения и производительность автопоездов на вывозке лесоматериалов.

Обоснование нагрузок на колеса лесовозных автопоездов в зависимости от поставленной задачи производится по двум направлениям:

• при удлинении, реконструкции или проведении поэтапного повышения прочности одежд существующих лесовозных дорог на основании изучения фактического использования автопоездов на вывозке лесоматериалов;

• при проектировании лесовозных дорог по данным справочников для серийно выпускаемых транспортных средств или за счет решения вопросов формирования автопоездов, изучения влияния параметров лесоматериалов и навесною погрузочного оборудования на осевые нагрузки.

4 Деление 5 Проектирование

дороги на участки дорожной

однородные по конструкции

грунтовым и по участкам

другим условиям дороги

Дорожная

одежда нежесткого типа?

7 Конструирование 8 Расчет 9 Расчет

дорожной дорожной одежды по условию

одежды по допускаемому сдвигоустойчивости

нежесткого типа упругому прогибу в грунте

и песчаном слое

Нет

Л

Одежда капитального или облегченного типа?

11

Расчет на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению

Конструкция дорожной одежды прочна?

13

Л

Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

Г Дорожная одежда морозоустойчива?

Разработка ' мероприятий по обеспечению морозоустойчивости конструкции

16

Л

Определение стоимости дорожной одежды нежесткого типа

Конструкция железобетонной плиты типовая?

Конструирование железобетонной плиты

19

Обоснование величин расчетных нагрузок и расчетных усилий

20

Расчет плиты по условиям прочности, выносливости и трещиностойкости

Рис. 1. Схема концепции технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожной одежды

22 Расчет толщины основания под железобетонными плитами

24 Определение стоимости одежды

с покрытием из железобетонных плит

Количество

полос движения?

25 Определение 26 Определение 27 Определение

стоимости стоимости эксплуатационных

строительства строительства дорожной затрат на вывозку

земляного полотна лесоматериалов

конструкции

28

Г

Определение

удельных приведенных затрат

Все

участки дороги и конструкции рассмотрены?

30 Анализ

резулыаюв

расчета

по вариантам

и участкам дороги

Рис. 1. Окончание

Разработанные математическая модель и алгоритм формирования лесовозных автопоездов позволяют выполнить обоснование марки автомобиля-тягача, вида прицепного состава, место размещения навесного гидравлического манипулятора (ГМ) на подвижном составе для обеспечения рациональных способов и параметров размещения лесоматериалов, определить осевые нагрузки лесовозных автопоездов, обосновать расчетное автотранспортное средство (АТС) и величину расчетной нагрузки для проектирования нежестких и жестких дорожных одежд.

Определение фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов предлагается вести в следующей последовательности: статистическая обработка и оценка результатов измерений габаритных и весовых параметров лесоматериалов; анализ распределения массы навесного оборудования и влияния места расположения навесного ГМ на осевые нагрузки автомобиля, оценка использования грузоподъемности автопоезда и его частей; определение осевых нагрузок и коэффициентов перегрузки колес автопоезда по классам вариационного ряда рейсовых нагрузок.

Стоимость устройства нежесткой дорожной одежды определяется по формулам, и к

Coop =cCM, +cmp, + YjCycmp ij ); ,=i j=1

: С „с,

где Сс и /, Стр i

Сустр N vi

- стоимости дорожно-строительных материалов / - го слоя и их гранспортирования, р.; Сустри- стоимость выполнения у - й технологической

операции при устройстве - го слоя, р.; п - количество слоев дорожной одежды; к - количество технологических операций при устройстве каждого слоя дорожной одежды; Ммс - количество машино-смен (человеко-дней) для выполнения операции; Смс - стоимость машино-смены машины или тарифная ставка рабочих, р.

Структура подсистемы обоснования расчетных параметров _подвижной нагрузки_

Рис. 2. Структура подсистемы обоснования расчетных параметров подвижной нагрузки

Проектирование земляного полотна, водоотвода и дорожной одежды взаимосвязано между собой, объединяет комплекс вопросов но разработке и расчету на прочность и морозоустойчивость дорожной конструкции, позволяющий на основании технико-экономического обоснования вариантов выбрать наиболее рациональные способы обеспечения их прочности, надежности, долговечности и экономично« и.

Структура подсистемы проектирования дорожных одежд нежесткого типа автомобильных дорог

Рис. 3. Структура подсистемы проектирования дорожных одежа нежесткого типа автомобильных дорог

В качестве критериев оптимальности параметров железобетонных плит и колейных покрытий предложены: стоимость 1 м2 плиты, стоимость 1 км колейного покрытия, себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов, приведенные затраты и другие критерии, отображающие технические, технологические и эксплуатационные требования, в зависимости от поставленной задачи при автоматизированном проектировании.

Рис. 4. Структура САПР параметров ненапряженных конструкций железобетонных плит и колейных покрытий автомобильных дорог

3. Моделирование нагружения дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог. Выполнены статистические исследования фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов, оценка влияния параметров размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования на осевые нагрузки автопоездов. Разработаны математические модели и алгоритмы определения приведенной расчетной интенсивности воздействия нагрузки на нежесткую дорожную одежду и нагружения плит колейных покрытий лесовозных дорог. Обоснованы расчетные схемы нагружения дорожных плит и величины расчетной нагрузки.

Структура подсистемы определения технико-экономических показателей функционирования лееотраиепортных систем

Модель определения стоимости дорожных одежд нежесткого типа

Модель определения стоимости одежд с колейными покрытиями из железобетонных плит

Модель определения стоимости строительства земляного полотна

Модель определения стоимости строительства дорожной конструкции

Модель определения скорости движения лесовозных автопоездов

Модель определения эксплуатационных затрат на вывозку лесоматериалов

А

Математическое обеспечение подсистемы

Банк данных норм времени на единицу объема работ по устройству дорожных одежд

Банк данных норм времени на единицу объема работ по возведению земляного полотна

Подсистема определения стоимости дорожных одежд нежесткого типа

Подсистема определения стоимости одежд с колейными покрытиями из железобетонных плит

Подсистема определения стоимости строительства земляного полотна

Подсистема определения стоимости строительства дорожной конструкции

Подсистема определения скорости движения лесовозных автопоездов

Подсистема определения эксплуатационных затрат на вывозку лесоматериалов

Программное обеспечение подсистемы

Банк данных технических характеристик дорожно-строительных машин

Ьанк данных технических характеристик автотранспор1ных средств

Информационное обеспечение подсистемы

----------------------------------

Рис. 5. Структура подсистемы определения технико-экономических показателей функционирования лееотраиепортных систем

Для определения фактических осевых нагрузок лесовозных авюпоездов разработаны математическая модель, алгоритм и ЭВМ-программа

Фактическая нагрузка на любую ось автопоезда определяется суммированием отдельных ее составляющих:

на переднюю ось автомобиля Япа =Япс„ + Я„н0 + ЯП11;

на заднюю ось (тележку) автомобиля Яза = g Я?с„ + /?,„„ + Я,,;

на оси прицепа-роспуска Япр - g Япри, + Япр 7.

где ЯПСИ, Я,а, - снаряженная масса автомобиля, приходящаяся на переднюю и

заднюю оси (тележку), т; Япра, - собственная масса прицепа-роспуска, т; /?,,„„ .

Л,„0 - нагрузки на переднюю и заднюю оси (тележку) автомобиля от навесного оборудования, т; /?„,, /?3,, Я„р, - нафузки на переднюю и заднюю оси (тележку) автомобиля и оси прицепа-роспуска от перевозимых лесоматериалов, т; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Коэффициенты перегрузки колес передней оси к„ер„ и задней оси (тележки) к„ер, автомобиля и осей прицепа-роспуска к„ерпр :

кперп ~ кем К па /(<7ло ^пся)! к пер! = кем ^за /(<7 за + 8 &зсн ) > кперпр ~ кем Кпр /(<7пр + 8 Кпрсп )> где <7„а, с!за , д„р - нормативная грузоподъемность автомобиля, приходящаяся на переднюю и заднюю оси (тележку), и оси прицепа-роспуска, кП; кси - коэффициент, учитывающий возможную нере1рузку от смещения центра тяжести пачки лесоматериалов относительно оси автопоезда.

Расчетная схема для определения осевых нагрузок самозагружающихся автопоездов, сформированных из автомобилей и прицепов-роспусков для вывозки хлыстов, полу хлыстов или сортиментов, приведена на рис. 6.

автопоездов (автомобиль + прицеп-роспуск)

Нагрузка на переднюю Я„_и ось и заднюю Яа1 ось (тележку) ав гомобиля о г навесного погрузочного оборудования:

R,^l=g[Gг^l Г 61 + I» - ( ,„ ) + ва (I | + С и - ( ау ) - ву I у)/Ь а ,

Чт,=я]ру (1а + еу)+ог_„ аа-10-1] +егч)+ва (1а-(0-Е\+рау)]/ц

Нагрузка на оси автопоезда от массы перевозимых лесоматериалов' па переднюю ось автомобиля Ят = Яа кК/Ьа;

на заднюю ось (тележку) автомобиля Я„ - Яа (1а - кК )/Л0 ;

на оси прицепа-роспуска Я„р ,=Яр.

Аналогично предложены модели для определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов в составе автомобиль+прицеп, автомобиль+полуприцеп и автомобилей без прицепного состава при различных вариантах размещения навесного ГМ на подвижном составе.

Предлагаемые модели обеспечивают: анализ использования грузоподъемности автопоездов и их частей, выявление недостатков по размещению различных лесоматериалов на подвижном составе, вскрытие резервов по увеличению рейсовых нагрузок на лесовозные автопоезда, контроль осевых нагрузок и общей массы транспортных средств.

Алгоритмы, реализующие математические модели определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов, с соответствующим информационным обеспечением являются основой для разработанной автором ЭВМ-программ для автоматизированного проектирования нежестких дорожных одежд и колейных покрытий из железобетонных плит.

Расчетами установлено, что осевые нагрузки самозагружающихся и несамозагружающихся лесовозных автопоездов зависят от длины перевозимых лесоматериалов, наличия и места размещения навесного ГМ и его конструктивной массы, марки и технических характеристик автомобилей и прицепов-роспусков, параметров размещения навесного погрузочного оборудования и погруженных лесоматериалов (расстояния от кабины автомобиля до линии крепления ГМ, расстояния о г коника автомобиля до задней оси, величины свеса лесоматериалов за коники автомобиля и прицепного состава) (табл. 1).

1аблица 1

Расчетные значения осевых нагрузок автомобилей в составе автопоездов, оборудованных гидроманипулятором СФ-65С и прицепом-роспуском ГКБ-9383

Марка автомобиля Осевые нагрузки, т Допускаемая полная масса, т Превышение, %

передняя ось задняя ось (тележка) передняя ось задняя ось (тележка) передняя ось задняя ось (тележка)

Урал-43204 5,58 10,77 4,29 10,56 30,1 2,0

МАЗ-509А 6,62 9,33 4,89 9,31 35,4 0,2

КамАЭ-43105 5,99 10,95 5,24 10,40 14,3 5,3

КамАЗ-53212 5,37 14,47 4,29 13,94 25,2 3,8

КрАЗ-255Л 6,43 14,61 5,30 14,60 21,3 -

КрАЭ-643701 7,28 20,53 5,90 20,90 23,4 -

Для проверки адекватности определения коэффициента Зтсум по ОДН

218.046-01 и ВСН 46-83 выполнены расчеты с применением разработанной автором ЭВМ-программы (табл. 2). Значения коэффициента СуМ рекомендуется определять по методике ВСН 46-83 с учеюм влияния колес рассматриваемой оси и смежных осей автотранспортных средств (АТС). При этом учитываются реальные расстояния между осями и диаметр следа колес АТС. На основании алгоритма, реализующего модель обоснования расчетных параметров подвижной нагрузки от колес АТС, разработано программное обеспечение для проектирования дорожных одежд.

Таблица 2

Результаты определения значений коэффициента Sm

Марка

Суммарный коэффициент приведения Sm , определенный

по методике ОДН 218 046-01

автотранспортного средства по табл П 1 3 (по грузоподъемности) с учетом коэффициента Кт по данным табл 2 прил. 1 с учетом коэффициента Kg с учетом коэффициентов Kq и Kg

ЗИЛ-130-76 0,70 0,36 0,20 0,36 0.44

Урап-377Н 0,70 0,16 0,29 0,28 0,34

КамАЭ-5320 0,70 0,17 0,27 0,27 0,32

ЗИЛ-ММЗ-554М 0,70 0,38 0,15 0,38 0,47

КамАЗ-5511 1,25 0,54 1,05 0,90 1,07

КрАЗ-256Ы 1,25 1,61 3,48 3,01 3,93

ПАЗ-3201 0,20 0,03 0,03 0,03 0,04

ЛАЗ-695Н 0,70 0,31 0,29 0,31 0,37

ЛАЗ-699Н 0,70 0,41 0,40 0,41 0,48

МАЗ-509А 0,70 0,77 0,77 0,77 1,19

КрАЗ-255Л 1,25 0,56 1,16 1,16 1,49

Итого 8,85 5,30 8,09 7,88 10,14

по методике ВСН 46-83

Примечания: 1. Марки АТС приняты для сравнения результатов расчета по данным табл 2 и 3 прил. 1 ВСН 46-83.2 Итоговые данные подсчитаны при /пол =1 и Nm -1.

Предлагаемые расчетные схемы нагружения дорожных плит подвижной нагрузкой от колес лесовозных автопоездов приведены на рис. 7.

а)

Р.

•Г

ti

-Tf-

Ьг Рз

£з

3

с4 Р5

б)

■т

Рис. 7. Схемы нагружения плит колейных покрытий системой подвижных нагрузок от колес лесовозного автопоезда:

а) ири наличии упруго-податливых стыков, б) при наличии сварных стыков

Расчетные схемы нагружения представляет собой колесопроводы из нескольких плит, количество которых зависит от их длины, числа осей расчетного АТС и расстояний между ними.

Экстремальные значения расчетных усилий в сечениях плит определяются моделированием реальных процессов взаимодействия колес лесовозных автопоездов с покрытием и учетом возможных сочетаний расположения и количества расчетных нагрузок от колес АТС и вида соединения смежных плит в колейном покрытии (рис. 8).

Расчетами установлено, что значения изгибающих моментов и поперечных сил увеличиваются при воздействии колес многоосных лесовозных автопоездов

по сравнению с влиянием колес одиночных или сдвоенных осей автомобилей и прицепов-роспусков.

* х

а V

I 3

И

м

20 15 10 5 0 -5 -10 -15

3 4 5 6 Сечения плиты

й Задняя ось МАЗ-

509Л (+) й Задняя ось МАЗ-509А (-)

Оси ГКБ-9383 (+)

—О Оси ГКБ-9383 (-)

" Задння тележка

КрАЗ-255Л (+) ■ ^ Задння тележка _КрАЗ-255Л (-)

Лесовозный автопоезд МАЭ-509А + ГКБ-9383

• М пол (а)

• утр * Мотр (а) > М пол (б) Мотр (6)

X 1 1 . ^ 1

Г1

Т Т Т

4 5« Сечения плнты

Лесовозный автопоезд КрАЗ-255Л+ ГКВ-9383

20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20

• Мпол (а) * М отр (а) -"> М иол (б) М отр (б)

3 4 5 6 7 Сечения плиты

10

Рис. 8. Линии влияния экстремальных изгибающих моментов в сечениях плит размером 3,0x1,0*0,14 и от воздействия колес всех осей лесовозных автопоездов (а - упруго-податливое стыковое соединение; б - сварное стыковое соединение)

Экстремальные изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях плит возникают от воздействия колес автопоезда МАЭ-509А+ГКБ-9383 (рис 9, 10).

Сумма положительных и отрицательных по абсолютной величине изгибающих моментов в сечениях плит позволяет оценить закономерности влияния колес различных лесовозных автопоездов на колесопроводы покрытия и установить расчетное АТС для определения усилий (рис. 9). Наибольшее воздействие на колесопроводы покрытия оказывают автопоезда на базе автомобилей МАЗ-509А и КамАЭ-53212.

Статистическая обработка данных загрузки различных автопоездов, применяемых на вывозке различных лесоматериалов (хлыстов, полухлысгов, сортиментов) на лесозаготовительных предприятиях Европейско-Уральской зоны РФ, выявила нарушения эксплуатационных требований к лесовозному транспорту: фактические нагрузки имеют превышения над нормативными значениями на заднюю ось (тележку) автомобилей МАЗ-509А до 4,7 т, КрАЗ-255Л до 4,2 т и

МАЭ-5434 до 1,3 т, на оси прицепов-роспусков ГКБ-9383 в составе автопоездов на базе автомобилей МАЗ-509А и КрАЗ-255Л до 2,4 и 2,7 т.

1» 1» 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8

—М АЗ-509А —•—МАЗ-5434 КрАЗ-255Л —«—КрАЗ-643701 ■"•■■Урал-43204 -<»-КамАЗ-43105 -О— КамАЗ-5Э212

0 5 6 К

4 5 6 Сечения плиты

-М АЗ-509А

-МАЗ-5434

-КрАЗ-255Л

-КрАЗ-643701

-Урал-43204

-КамАЗ-43105

-КамАЗ-5Э212

Рис. 9. Линии влияния максимальных положительных и отрицательных моментов от воздействия на плиту колес лесовозных автопоездов

34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14

—•- МАЗ-509А -*- МАЗ-5434 -х- КрАЗ-255Л —О—КрА1^43701 —•—Урал-43204 —Л—КамАЗ-43105 -о- КамАЗ-53212

4 5 6 Сечения плиты

10

Рис. 10. Линии влияния суммарных экстремальных изгибающих моментов от воздействия на плиты колес различных лесовозных автопоездов

Коэффициенты перегрузки колес лесовозных автопоездов достигают значений 1,4...1,7, а максимальные значения для колес автомобилей МАЗ-509А, КрАЗ-255Л составляют соответственно 1,75; 1,82. Для автопоездов, сформированных на базе автомобилей МАЭ-5434, Урал-43204 и Урал-375Н, коэффициенты перегрузки не превышают нормативные значения 1,4... 1,5. При использовании самозагружающихся автопоездов, оборудованных ГМ, имеет место перегруз на 5... 62 % передних осей автомобилей-тягачей, что следует учитывать при расчете дорожных одежд и железобетонных плит колейных покрытий дорог.

Анализ выполненных исследований показывает, что в качестве расчетного транспортного средства при проектировании плит колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог следует принимать лесовозный автопоезд или автомобиль с наибольшими осевыми нагрузками.

4. Автоматизированное проектирование дорожных одежд нежесткого типа. Приведены математические модели расчета нежестких дорожных одежд на прочность и морозоустойчивость, определения стоимости подготовительных работ, возведения земляного полотна и устройства дорожной одежды. Разработаны алгоритмы и программы автоматизированного проектирования нежестких дорожных одежд.

На основания моделирования получены аналитические модели при доверительной вероятности более 95 %, идентифицирующие данные графиков, номограмм, таблиц ВСН 46-83 и ОДН 218.046-01 и позволяющие при выполнении расчетов дорожной одежды на прочность и морозоустойчивость повысить точность определяемых значений коэффициентов и других величин, сократить затраты времени, устранить возможные ошибки при интерполяции и работе по номограммам и графикам.

Разработаны схемы моделей расчета дорожных одежд нежесткого типа на прочность с проверкой на морозоустойчивость дорожных конструкций по методике ОДН 218.046-01. Для повышения точности расчетов номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы Еобщ представлена в

виде таблицы. Определение отношений Е0бщ, /Е/ ~ /{Еобщ,^ /£;; И, / ¡)) или

И, /В = /(-£0йн(, /£/; Е0бщ1+1 /Е,) производится интерполяцией табличных данных.

На основании математических моделей разработаны соответствующие алгоритмы для реализации в программах и системах автоматизированного проектирования по совершенствованию проектных решений по обоснованию типов и конструкций дорожных одежд нежесткого типа (на рис. 11 приведен один из алгоритмов).

Для экономической оценки организации дорожных работ, оптимизации дорожных конструкций и выбора рационального комплекта машин предложены модели определения стоимости выполнения подготовительных работ, земляного полотна и дорожной одежды переходного и низшего типа (рис. 1,3, 5).

На основании предложенных алгоритмов разработан комплекс программ автоматизированного проектирования, позволяющий обосновать расчетные параметры подвижной нагрузки, выполнить расчет дорожной одежды нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость и определить технико-экономические показатели функционирования лесотранспортных систем. Разработанные алгоритмы реализованы в программной среде Мюго.чой ОшскВазю и ОВавю.

5. Теоретические основы расчета ненапряженных конструкций железобетонных плит для колейных покрытий автомобильных дорог. Разработаны принципы формирования параметров колейных покрытий из железобетонных плит и рассмотрено их влияние на технико-экономические показатели работы лесовозных автопоездов. Обоснован метод расчет конструкций железобетонных плит сборных и сборно-разборных покрытий. Разработаны математическая модель определения расчетных усилий в дорожных плитах и методика расчета ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона. Предложены методика и математическая модель определения толщины основания под плитами.

Рис. 11. Схема алгоритма расчета дорожной конструкции по допускаемому упругому прогибу

22

~ Еобщ,-1

ггупр _ ЕрГшц р

_с-тр

23 Изменение толщины слоя или слоев дорожной одежды и повтор расчета

24

Вывод результатов расчета

25

С

Конец

Рис. 11. Окончание

Ширина проезжей части колейного покрытия на прямых участках дорог (рис. 12) определяется по формуле

В0=8 + 2а = 2Ь+к .

Величины а их представляют полосы покрытия, в пределах которых возможно безопасное изменение траектории качения колес транспортного средства при его движении, зависят от скорости движения и технического состояния АТС и определяются по формулам, предложенным М.С. Замахаевым, Н Ф Хорошиловым, И.И. Леоновичем, А Н. Холо-повым и др.

Расчетная ширина плиты Ь (табл. 3), удовлетворяющая условиям движения различных автотранспортных средств, составляет

Ь = 0,5(вотах-ктт),

где В„тах - максимальная ширина проезжей части, м; ктт - минимальная ширина межколейного пространства, м.

Таблица 3

Расчетные значения ширины плиты и межколейного пространства, м

Рис. 12. Схема для определения ширины проезжей части

Группы транспортных средств Расчетные величины Категория дороги

магистрали ветки

П-в Ш-в 1У-в

1 Лесовозные автопоезда на Ъ 1,50 1,40 1,25 1,15

базе автомобиля КрАЗ-255Л к 0,65 0,75 0,90 1,00

2 Лесовозные автопоезда на Ь 1,50 1,40 1,25 1,15

базе автомобиля МАЗ-509А к 0,45 0,55 0,70 0,80

3, Автомобили различного типа

при движении автопоездов на к 0,00 0,00 0,00 0,00

базе автомобиля КрАЗ-255Л Ь 1,80 1,75 1,70 1,65

МАЗ-509А Ь 1,70 1,65 1,60 1,55

При постройке колейного покрытия с учетом расчетных данных (табл. 3) для автопоездов на базе автомобилей типа КрАЗ или МАЗ безопасное движение других типов АТС с меньшей ил большей шириной колеи следует осуществлять при пониженных скоростях.

Для эффективной эксплуатации лесовозных автопоездов рекомендуется применять на межплощадочных магистральных дорогах плиты шириной 1,5 м с укладкой их в покрытие с межколейным пространством 0,45...0,65 м в зависимости от состава лесовозного автопоезда. На лесовозных ветках и внутрипло-щадочных дорогах целесообразно применять плиты шириной 1,0... 1,2 м.

Расчеты показали, что изменение ширины плиты от 1,0 до 1,5 м увеличивает ее прочность и несущую способность за счет уменьшения величин расчетных усилий, снижает толщину песчаного слоя под колесопроводами покрытия дорог и значительно повышает скорость движения и производительность автопоездов.

Длину плиты 1 = 3 м можно отнести к рациональному размеру по наименьшему изменению диапазона величин положительных и отрицательных изгибающих моментов в сечениях плиты (рис. 13).

Лесовозный автопопд МАЗ-509А+ГКБ-9МЗ

4 5 6 Сечения плиты

Рис. 13. Линии влияния максимальных положительных (+) и отрицательных (-) моментов в сечениях плиты от воздействия колес автопоезда МАЗ-509+ГКБ-9383

(размеры плиты" длина - 2 6 м, ширина -1м, толщина - 0,14 м)

2 3 4 5 6

Длина плиты,и

Рис. 14. Диаграммы зависимости стоимости 1 км колейного покрытия от длины и толщины плиты при воздействии на колесопроводы покрытия колес лесовозного автопоезда МАЭ-509А+ГКБ-9383

Толщину дорожных плит из различных видов бетона следует назначать в пределах 0,12...0,16 м в зависимости от ширины плит, вида стыковых соединений и параметров расчетной подвижной нагрузки с целью снижения расхода арматуры и стоимости плит (рис. 14).

На основании анализа методов расчета железобетонных конструкций на упругом основании и полученных результатов по некоторым из них (табл. 4) сделан вывод, что метод И.А. Симвулиди является наиболее подходящим для расчета железобетонных плит колейных покрытий и позволяет определить расчетные усилия в сечениях плит в продольном и поперечном направлении о г воздействия подвижной нагрузки от колес АТС с учетом и без учета вида связей между смежными плитами в сборных и сборно-разборных покрытиях дорог.

Таблица 4

Результаты расчета конструкций дорожных плит из тяжелого цементит о бетона

По методу По методу По мето-

Наименование показателей МИ Горбуно- И А Симву- дике ВСН

ва-Посадова лиди 197-91

I. Длина плиты, м 3,0 3,0 3,0

2 Ширина плиты, м 1,0 1,0 1,0

3. Толщина плиты, м 0,14 0,14 0,14

4. Продольная рабочая арматура

- площадь сечения в верхней сетке, см2 10,21 10,99 2,71

- площадь сечения в нижней сетке, см2 13,35 13,35 5,41

5. Арматура в поперечном направлении'

- площадь сечения в верней сетке, см2 1,98 2,55 0,91

- площадь сечения в нижней сетке, см2 4,25 4,53 5,08

6 Поперечная арматура:

- площадь сечения, см2 6,54 7,04 -

Анализ методики ВСН 197-91 показывает, что расчет сечений плит ведется только по прочности и на раскрытие трещин. Расчет на выносливость сечений плит не выполняется, поэтому конструкции содержат недостаточное количество арматуры. Применение данной методики для расчета плит колейных покрытий на действие подвижной многоосной нагрузки затруднено, так как математический аппарат разработан для частных случаев приложения нагрузки на плите: в центре, на краю, на углу и на торце.

Разработанная математическая модель позволяет определять расчетные усилия (реактивные давления р(х), поперечные силы ()(х) и изгибающие моменты М(х)) в заданных сечениях железобетонных плит колейных покрытий от воздействия равномерно распределенной нагрузки и подвижных нагрузок от колес автотранспортных средств в зависимости от параметров плит, расчетной схемы нагружения и параметров расчетной нагрузки.

Расчетные усилия определяются с учетом количества нагрузок от колес расчетного АТС и возможных сочетаний расположения их на плитах, вида соединения смежных плит в колейных покрытиях автомобильных дорог. При расчете плит, соединенных сваркой стыковых устройств, учитывается, что часть действующей на них расчетной нагрузки передается через стыки на смежные плиты.

При этом обеспечивается снижение расчетных усилий в сечениях плит (рис. 7).

Выполненные исследования показывают, что расчет на выносливость ненапряженных конструкций дорожных плт является приоритетным по сравнению с расчетами на прочность и трещиностойкость, а значения расчетных усилий в сечениях плит и площади поперечного сечения арматуры различного назначения находятся в зависимости от величины расчетной нагрузки и коэффициента перегрузки колес автопоезда (табл. 5).

Таблица 5

Влияние величины расчетной нагрузки на прочность, выносливость и трещиностойкость дорожных плит размером 3,0x1,0x0,14 ч

Вид Значения Величина изгибающего Площадь поперечного сече-

расчета коэффициента момента, кН м ния арматуры, м2

дорожных перегрузки положи- отрица- продольной попе-

плит колес тельного тельного нижней верхней речной

1,0 14,0 8,5 0,00090 0,00057 0,0002

По прочности 1,5 21,6 13,2 0,00113 0,00079 0,0002

1,7 24,7 15,1 0,00124 0,00090 0,0002

На выносливость 1,0 1,5 14,0 22,6 8,5 13,6 0,00090 0,00147 0,00068 0,00124 0,0007 0,0007

1,7 26,3 15,7 0,00170 0,00136 0,0007

На раскрытие трещин 1,0 1,5 1,7 12,6 18,8 21,3 7,7 11,6 13,2 0,00057 0,00057 0,00057 0,00045 0,00045 0,00045 0,0002 0,0002 0,0002

Предложена методика и математическая модель определения толщины основания под плитами колейного покрытия, позволяющая выполнить расчеты с учетом условий сдвигоустойчивости, морозоустойчивости и дренирующих свойств 1-рунгов по данным СНиП 2.02.01-83', ОДН 218.046-01 и ВСН 197-91.

6. Автоматизированное проектирование железобетонных плит и параметров колейных покрытий автомобильных дорог. Приведены алгоритм определения расчетных усилий в сечениях железобетонных плит колейного покрытия, математические модели и алгоритмы расчета дорожных плит по предельным состояниям первой и второй группы, алгоритм расчета основания под железобетонными плитами колейною покрытия. Представлена система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций железобетонных плит и параметров колейного покрытия.

Разработан алгоритм определения расчетных усилий в продольных и поперечных сечениях железобетонных плит колейного покрытия при их нагружении системой подвижных нагрузок от колес многоосных АТС и распределенной нагрузкой от собственного веса. Сначала формируется база данных для каждой рассматриваемой плиты (у = 1 ,пП1): количество нагрузок т ; номер расче! ной нагрузки I; количество плит пт; величины расчетных нагрузок 1'„у = Р, к(),; приведенное расстояние от начала координат до места приложения расчетной нагрузки РзI и местоположения нагрузок В^ = [З3, = /1.. От дейст-

вия сосредоточенных сил и равномерно распределенной нагрузки определяются

массивы значений реактивных давлений грунта на плиту р(поперечных сил Q(и изгибающих моментов М(),%,) в сечениях плит Е, = О, ]. из которых вычисляются массивы максимальных и минимальных значений расчетных усилий в рассматриваемых сечениях.

Разработанный алгоритм позволяет определить значения расчетных усилий в сечениях плит от воздействия любого АТС (двухосного, трехосного, многоосного) и обеспечивает учет реальных условий нагружения железобетонных плит колейных покрытий автомобильных дорог. Количество точек местоположения сосредоточенной нагрузки от первого колеса расчетного АТС и рассматриваемых сечений плиты назначается проектировщиком в зависимости от длины плиты, количества нагрузок.

Предложены математические модели и алгоритмы расчета дорожных конструкций по предельным состояниям первой и второй группы (по прочности, на выносливость и по раскрытию трещин в сечениях, нормальных и наклонных к продольной и поперечной оси плиты), необходимые для оптимизации параметров ненапряженных конструкций дорожных плит из различных видов бетона.

Разработан алгоритм расчета основания под железобетонными плитами колейного покрытия, учитывающий условия сдвигоустойчивости, морозоустойчивости и дренирующие свойства материала и позволяющий определить толщину подстилающего слоя.

На основании математических моделей и алгоритмов разработана система автоматизированного проектирования (САПР) ненапряженных конструкций пли г из различных видов бетона (тяжелого и мелкозернистого цементного, плотного силикатного) для сборных и сборно-разборных колейных покрытий автомобильных дорог различного назначения (лесовозных, общего пользования, подъездных и внутренних дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий).

Разработанная САПР выполняет следующие этапы расчета: 1) определение геометрических характеристик дорожной плиты и ее армирования в продольном и поперечном направлениях; 2) вычисление максимальных значений расчетных усилий от действия многократно повторяющейся нагрузки от колес автотранспортных средств по методу И.А. Симвулиди в зависимости от вида стыкового соединения; 3) проверка условий по прочности, выносливости и трещиностой-кости сечений, нормальных и наклонных к продольной и поперечной оси плиты; 4) вычисление толщины подстилающего слоя основания под плитами с проверкой по устойчивости основания по сдвигу, морозоустойчивости и дренированию; 5) определение потребности в материалах на изготовление плит (бетона и арматуры) и устройство основания под плитами, засыпки межколейного пространства и обочин; 6) определение стоимости 1 м2 плиты, стоимости 1 км покрытия, себестоимости вывозки 1 м3 лесоматериалов или приведенных затрат в зависимости от поставленной задачи.

САПР позволяет выполнить расчет параметров конструкций железобетонных плит из различных видов бетона по предлагаемой автором методике, которая в отличие от существующей методики обеспечивает: 1) вычисление значений максимальных положительных Мтах(псеч) и отрицательных М„,ш(пСеч)

изгибающих моментов, максимальных положительных б/ида-("ест) и отрицательных Qmm {псеч) поперечных сил от действия расчетной нагрузки от колес всех осей расчетного автотранспортного средства в заданных сечениях псеч плиты в продольном и поперечном направлении; 2) определение площадей сечения арматуры, расположенной в растянутой и сжатой зонах, и размещение стержней арматуры в рассматриваемых сечениях плит в соответствии с действующими изгибающими моментами и поперечными силами.

Система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона реализована в про1раммной среде Microsoft QuickBasic и QBasic.

7. Экспериментальные исследования дорожных плит из мелкозернистых бетонов. На основании теоретических исследований и с применением первых версий САПР выполнены расчеты но существующей методике и разработаны рабочие чертежи ненапряженных конструкций плит из мелкозернистого цементного и плотного силикатного бетона различной конструкции: сплошные и ребристые, по виду стыкового соединения смежных плит в колесопроводах покрытия.

Для обоснования технической и технологической возможности изготовления дорожных плит из различных видов бетона выполнены работы, подтвержденные актами: 1) по рабочим чертежам изготовлены экспериментальные образцы плит из плотного силикатного и мелкозернистого (песчаного) цементного бетонов с решением вопросов подготовки форм, пригрузов, кессонообразовате-лей и уточнения технологии изготовления; 2) испытаны экспериментальные образцы плит в заводских условиях для уточнения параметров и характеристик разработанных конструкций; 3) изготовлены опытные партии дорожных плит из мелкозернистых бетонов и построены участки колейных покрытий на лесовозных дорогах Вологодской и Кировской областей.

Дорожные плиты из плотного силикатного бетона изготовлены на Красков-ском опытном заводе ВНИИстрома: 18 экспериментальных образцов и опытные партии в количестве 127 штук по ТУ 21-53-60-88. Для приготовления известко-во-кремнеземистого вяжущего и силикатобетонной смеси применялись известь негашеная и мелкий песок. Класс бетона по прочности на сжатие В20...В25.

Изготовление плит из мелкозернистого (песчаного) цементного бетона выполнено на Кировском заводе ЖБИ (5 экспериментальных образцов и опытная партия в количестве 30 штук) и на заводе ОАО "КПД" г. Йошкар-Ола (2 плиты). При приготовлении бетонных смесей применялись местные средние и мелкие пески и портландцемент марки 400. Класс бетона по прочности на сжатие В20...В25.

Испытания экспериментальных образцов плит проводились на стендах цеха физико-механических испытаний ВНИИстрома, ПО "Марагропромконструк-ция"", испытательной лаборатории в/части 73500, Кировского завода ЖБИ и завода ОАО "КПД". При этом решались следующие задачи: определение фактически достигнутой нагрузки при образовании и раскрытии трещин шириной 0,3 мм и при разрушении плиты; изучение влияния количества продольной и нали-

чия поперечной арматуры на трещиностойкость и прочность сплошных и ребристых плит; сопоставление достигнутых нагрузок с контрольными значениями.

Исследованиями установлено: 1) разработанные конструкции дорожных плит из мелкозернистого (песчаного) цементного и плотного силикатного бетона обеспечивают хорошую технологичность их изготовления, обладают высокой прочностью и трещиностойкосгью; 2) подтверждена правомерность изготовления дорожных плит сплошной и ребристой конструкций. Наличие глубоких впадин (ячеек) на опорной поверхности ребристых конструкций не ухудшает прочность плит, повышает их трещиностойкость, обеспечивает экономию бетона до 21 % и снижение массы плит; 3) для обеспечения качественного уплотнения жестких мелкозернистых бетонных смесей и расчетной прочности бетона следует применять при формовании плит пригруз с удельным давлением не менее 0,01 МПа; 4) установка поперечной арматуры позволяет повысить трещиностойкость сплошной и ребристой конструкций плит соответственно на 5 и 16 % при увеличении расхода металла до 3 %; 5) прочность, трещиностойкость и долговечность дорожных плит должны обеспечиваться как характером их напряженно-деформированного состояния, возникающего в результате воздействия подвижных нагрузок от колес лесовозных автопоездов, так и в значительной степени качественными характеристиками используемых сырьевых материалов и бетонных смесей, соблюдением технологии изготовления и укладки плит в покрытие дорог.

8. Эффективность совершенствования проектных решений по обоснованию типа и конструкции дорожных одежд лесовозных дорог. Выполнен анализ влияния параметров расчетной нагрузки на конструкцию нежестких дорожных одежд. Изучено влияние различных факторов на параметры ненапряженных конструкций железобетонных плит и колейных покрытий. Обоснована эффективность оптимизации параметров ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона.

Прочность дорожной одежды нежесткого типа зависит от правильного выбора расчетного автомобиля из состава систематически обращающихся АТС по дороге (табл. 6). Толщина слоев дорожных одежд капитального, облегченного и переходного типа зависит от величины расчетной нагрузки и методики определения параметров подвижной нагрузки, влияющей на значения номинальных динамических нагрузок на оси АТС. Применение в качестве расчетной нагрузки автомобиля группы А\ приводит к снижению толщины слоев дорожной одежды. Приведение различных типов АТС к расчетному автомобилю и определение значений Л^, и следует вести по методике ВСН 46-83 и ОДН 218.046-01

с учетом дополнительного воздействия других колес п -ой оси транспортных средств. Применение методики ОДН 218.046-01 для этих целей приводит к уменьшению толщины слоев дорожной одежды и снижению прочности дорожной конструкции.

Предлагаемая методика расчета дорожных плит отличается от существующей новым подходом в определении экстремальных расчетных усилий в сечениях плит и размещении арматуры в соответствии с действующими изгибаю-

щими моментами и поперечными силами в сечениях и обеспечивает экономию арматурной стали и снижение стоимости плит (рис. 15).

Таблица 6

Результаты расчета дорожной одежды переходного типа на прочность

Расчетный автомобиль

Расчетные МАЗ-509А группы A i

параметры Методика расчета

ОДН ВСН(1) ВСН (2) ОДН ВСН(1) ВСН (2)

Приведенная интенсивность воздействия нагрузки Nр 316,9 367,3 315,0 275,2 319,0 273,6

Число приложений расчетной нагрузки ]Г ^ р 259693 299045 257239 225575 259758 223444

Общий модуль упругости конструкции Ефщ , МПа 187,6 193,8 187,2 181,5 187,6 181,0

Толщина слоя одежды, см- покрытие из щебеночной 42 46 41 38 42 38

смеси (Ех = 300 МПа)

- основание из песка средней 48 49 50 50 49 49

крупности (Ei = 120 МПа)

Примечание. ВСН(1) - расчет по методике ВСН 46-83 с учетом, а ВСН(2) - без учета дополнительного воздействия других колес п -ой оси ОДН-расчет по ОДН 218.046-01.

800

Толщина, м

Рис. 15. Диаграмма зависимости стоимости 1 ч2 плиты от ее ширины и толщины при воздействии колес лесовозного автопоезда МА3-509А+ГКЬ-9383

Стоимость 1 м2 плиты, параметры которой определены по предлагаемой методике (сплошные линии), значшельно ниже аналогичной конструкции, рассчитанной по существующей методике (пунктирные линии).

Рациональная толщина плиты составляет 0,14 м для плит длиной 3,0 м и шириной 1,0...1,5 м (рис. 15). Различие в стоимости плиты объясняется зем, что по существующей методике расчета конструкций дорожных плит определяется их равномерное армирование по всем сечениям в продольном и поперечном направлении плиты, что приводит к недостатку или избытку арматуры по различным сечениям и вызывает снижение прочности, повышение трещиностойко-сти конструкции и стоимости плит.

При расчете плит по предлагаемой методике армирование производится в соответствии с действующими изгибающими моментами и поперечными сила-

ми в рассматриваемом сечении для обеспечения равной прочности и трещино-стойкости по всей длине плиты (рис. 16).

я) Размещение арматуры в поперечном сечении пли1ы

6 7

Сечения пл иты

Рис. 16. Распределение площади сечения арматуры по сечениям плиты длиной 3,0 м, шириной 1,0 м, толщиной 0,14 м в продольном (а) и поперечном (б) направлении

Арматура распределяется по сечениям плиты в продольном направлении в соответствии с действующими максимальными положительными Мтах(пст) и отрицательными Мтт{псеч) изгибающими моментами (рис. 8). Экстремальные значения расчетных усилий возникают на расстоянии (0,2 0,3)1, что подтверждается стендовыми и производственными испытаниями железобетонных плит. В этих сечениях возникают трещины при испытании дорожных плит, армагурные стержни в которых размещены равномерно в верхней и нижней зоне в продольном и поперечном направлении (показано на рис. 16 пунктирными линиями).

Неравномерное распределение продольной арматуры в верхней и нижней зоне плиты (показано на рис. 16 сплошными линиями) обеспечивает им высокую прочность и трещиностойкость. При таком размещении арматуры в поперечном и продольном сечении плит экономится арматурная сталь и снижается стоимость плит (рис. 15).

Удельные приведенные затраты зависят от длины плиты и имеют наименьшие значения для плит длиной 2,0 и 3,0 м, шириной 1,3... 1,5 м (рис. 17). При увеличении объема перевозимых лесоматериалов происходит снижение удельных приведенных затрат, значения которых зависят от длины и ширины плит (рис. 18). Удельные приведенные затраты при строительстве покрытий из плит длиной 2,0 м и шириной 1,0 и 1,5 м ниже на 0,5 и 4,2 % по сравнению с плитами длиной 3,0 м при ) =50 тыс. м3. При увеличении объема перевозок лесома-

териалов удельные приведенные затраты при применении плит длиной 3,0 м соответственно ниже на 0,59...2,52 % (при ширине плит 1,0 м) и выше на 3,43...0,99 % (при ширине плит 1,5 м) по сравнению с затратами при использовании плит длиной 2,0 м.

Рис. 17. Диаграммы распределения удельных приведенных затрат при вывозке лесоматериалов автопоездом МАЗ-509А+ГКБ-9383 в зависимости от длины и ширины плит

150 200 250 300 350 400 Объем перевозок лесоматериалов, тыс. куб. м

□ L-2M, В-1,0м DL-2M,B*1,SM DL-3 и, В=1,0 М OL=3 М, В-1,5 М

Рис. 18. Диаграмма распределения удельных приведенных затрат в зависимости от объема перевозок лесоматериалов и параметров железобетонных плит

Рациональные параметры дорожных плит зависят от назначения и категории лесовозной дороги, объема перевозок лесоматериалов, вида бетона, качества исходных материалов и других данных (табл. 7).

Предлагаемые конструкции плит из тяжелого цементного бетона конкурентоспособны с ранее выпускаемыми плитами ПД2-9.5 и ПД2-9.5С и обеспечивают снижение материалоемкости (расход бетона, массу плиты и расход арматурной стали). Расход бетона не является определяющим критерием оценки при технико-экономическом сравнении конструкций плит из различных бетонов.

Таблица 7

Оптимальные параметры ненапряженных конструкций железобетонных плит колейных покрытий лесовозных автомобильных доро!

Размеры плиты, м Расход Расход арматуры, кг Объем

Вид бетона длина ширина толщина Масса плиты, кг бетона на плиту, Категория дорог перевозок лесоматериалов,

м3 тыс. м3

Упруго-податливое соединение смежных плит

3,0 1,2 0,16 1427 0,566 74,27 Ветки IV-B IV-в до 50 50... 125

Тяжелый цементный бетон В25 3,0 1,3 0,14 1366 0,534 89,52

3,0 3,0 1.4 1.5 0,14 0,14 1467 1568 0,576 0,617 90,11 90,57 Ш-в III-B II-B 125.. 300 300. .450 450 и более

Мелкозер- 3,0 U 0,16 1349 0,566 74,75 Ветки -

нистый 3,0 1,3 0,16 1457 0,613 75,82 IV-в до 125

цементный 3,0 1,4 0,14 1387 0,576 90,11 III-B 125. 450

бетон В25 3,0 1,5 0,14 1482 0,617 91,51 II-B 450 и более

Плотный силикатный бетон В25 3,0 1,2 0,14 1150 0,495 65,29 Ветки -

3,0 1,3 0,14 1243 0,537 66,65 IV-в до 125

3,0 1,4 0,14 1336 0,578 67,64 III-B 125 450

3,0 1,5 1 0,14 1429 0,620 68,86 II-B 450 и более

Соединение смежных пли г сваркой стыковых скоб

3,0 1,1 0,18 1472 0,583 75,96 Ветки до 50

3,0 1,1 0,18 1472 0,583 75,96 Ветки до 50

1 яжелый 3,0 1Д 0,16 1437 0,564 89,01 Ветки 50 и более

цементный бетон В25 3,0 3,0 1.3 1.4 0,16 0,14 1552 1479 0,612 0,573 88,02 107,07 IV-в III-B III-B до 125 до 150 150...450

3,0 1,5 0,14 1579 0,615 107,13 И-в 450 и более

3,0 1,1 0,18 1390 0,583 75,96 Ветки до 50

Мелкозер- 3,0 1,2 0,18 1512 0,637 76,14 Ветки 50 и более

нистый цементный 3,0 1,3 0,16 1466 0,612 88,02 IV-в III-B до 125 до 150

бетон В25 3,0 1,4 0,16 1578 0,659 93,03 III-B 150...450

3,0 1,5 0,14 1493 0,615 107,6 II-B 450 и более

Плотный силикатный бетон В25 3,0 и 0,14 1161 0,493 80,26 Ветки -

3,0 1,3 0,16 1418 0,614 72,15 IV-в до 125

3,0 1,4 0,14 1346 0,577 81,86 III-B 150.. 450

3,0 1,5 0,14 1439 0,618 82,80 II-B 450 и более

Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цементного бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя, уменьшение транспортных расходов по перевозке плит к месту укладки и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейно! о покрытия дорог (табл. 8).

Таблица 8

Технико-экономическое сравнение предлагаемых и существующих конструкций дорожных плит из тяжелого цементного бетона

Дорожные плиты, разработанные по предлагаемой методике, и их размеры Критерий оценки Дорожные плип «Лессг I, изготавливаемые на заводе ЖЬИ ройдеталь», и их размеры

ПДСЗ-2 ПД2-9,5 ПД2-9.5С

3,0х 1,0X0,14 м 3,0x1,5x0,18 м 3,0x1,5x0,18 м

3,0x1,2x0,16 м М -104,72 159,17 159,17

Б -0,04 0,07 0,07

А -3,10 2,37 8,59

3,0x1,3x0,14 м М -20,78 162,56 162,56

Б -0,03 0,07 0,07

А -6,77 -1,72 4,02

3,0x1,4x0,14 м М -99,28 126,91 126,91

Б -0,04 0,06 0,06

А -6,43 -1,60 3,59

3,0x1,5x0,14 м М -115,11 96,0 96,0

Б -0,04 0,04 0,04

А -6,10 -1,73 3,25

бетона, м3/м2, А - экономия арматуры, кг/м2. 2. Знак (-) - перерасход бетона и арматурной стали или увеличение массы рассматриваемой плиты по сравнению с базовой плитой

Плиты ПДСЗ-2 размером 3,0x1,0x0,14 м имеют преимущества по материалоемкости перед предлагаемыми конструкциями, но, наряду с заниженным расходом арматурной стали, имеют недостатки: высокую себестоимость перевозок 1 м3 лесоматериалов (рис. 17) и большие удельные приведенные затраты (рис. 18).

Конструкции дорожных плит из плотного силикатного бетона в большинстве случаев обеспечивают экономию арматурной стали и снижение массы 1 м2 плиты по сравнению с аналогичными конструкциями плит из тяжелого цементного и мелкозернистого цементного бетонов.

Технико-экономические расчеты подтверждают целесообразность производства и применения в дорожном строительстве нлит из мелкозернистого цементного и плотного силикатного бетонов наряду с плитами из тяжелого цементного бетона. Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя, уменьшение транспортных расходов по перевозке плит к месту укладки и снижение удельных приведенных затрат.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В исследованиях "Обоснование типа и конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог" изложены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в области проектирования, строительства и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог. Теоретические и ■ ренной теме позволили сделать следующ!

исследования по рассмот-

е«96оМЦи«*АЛЬНАЯ [ БИБЛИОТЕКА { С.Летер*ург

9) М ш

1. Предложена концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд в комплексе с земляным полотном по минимуму удельных приведенных затрат, для реализации которой разработаны:

- структуры подсистем САПР-ЛЛД обоснования расчетных параметров подвижной нагрузки, автоматизированного проектирования одежд нежесткого типа, параметров ненапряженных конструкций железобетонных плит и колейных покрытий автомобильных дорог, определения технико-экономических показателей функционирования лесотранспортных систем;

- экономико-математические модели определения стоимости строительства лесовозных автомобильных дорог и критерии оптимальности параметров железобетонных плит и колейных покрытий, обеспечивающие экономическую оценку организации дорожных работ, оптимизацию дорожных конструкций и выбор рационального комплекта дорожно-строительных машин.

2. Разработанные математические модели, алгоритмы и ЭВМ-программы определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов позволили установить:

- при использовании самозагружающихся автопоездов с гидроманипулятором имеет место перегруз на 5 .62 % передних осей автомобиля, что необходимо учитывать при расчете дорожных одежд;

- коэффициенты перегрузки задней оси автомобилей составляют 1,4. 1,6 (на вывозке полухлыстов и сортиментов) и более 1,7 (при вывозке хлыстов);

- колеса прицепа-роспуска ГКБ-9383 перегружаются до 47 %;

- осевые нагрузки лесовозных автопоездов зависят от вида и длины перевозимых лесоматериалов, наличия, места размещения и конструктивной массы навесного гидравлического манипулятора, марки и технических характеристик тягового и прицепного состава.

3. Расчетные параметры подвижной нагрузки при проектировании дорожных одежд зависят:

- от выбора расчетного автомобиля из состава систематически обращающихся автотранспортных средств по дороге;

- от методики определения параметров подвижной нагрузки, влияющих на значения номинальных динамических нагрузок на оси автотранспортных средств и устанавливаемых по ВСН 46-83 и ОДН 218.046-01

4. Рациональные конструкции нежестких дорожных одежд можно получить за счет применения:

- полученных аналитических моделей, идентифицирующих данные графиков, номограмм, таблиц ОДН 218.046-01 и ВСН 46-83;

- разработанных математических моделей и алгоритмов расчета дорожных одежд нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость;

- созданного комплекса компьютерных программ автоматизированного проектирования, позволяющего обосновать расчетные параметры подвижной нагрузки, выполнить расчет нежестких дорожных одежд на прочность и морозоустойчивость и определить технико-экономические показатели функционирования лесотранспортных систем.

5. Предлагаемая методика расчета дорожных плит колейных покрытий:

- отличается от существующей методики новым подходом в определении

экстремальных расчетных усилий в сечениях плит и размещении арматурных стержней в соответствии с действующими изгибающими моментами и поперечными силами для обеспечения экономии арматуры и снижения стоимости плит;

- основывается на применение расчетных схем нагружения дорожных плит колейных покрытий:

а) позволяющих определить значения максимальных расчетных усилий в заданных поперечных сечениях плиты с учетом возможных сочетаний расположения и количества расчетных подвижных нагрузок от колес автотранспортных средств и вида соединения смежных плит в колесопроводах покрытия;

б) рассматривающих впервые колесопроводы покрытия из нескольких плит, количество которых зависит от их длины, числа осей и расстояний между осями расчетного автотранспортного средства;

в) определяющих расчетные усилия в сечениях плш от воздействия любого автотранспортного средства (двухосного, трехосного, многоосного) для обеспечения адеквагности полученных данных реальным условиям нагружения плит колейных покрытий.

6. Экстремальные расчетные усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) в сечениях плит колейных покрытий:

- возникают от воздействия всех колес лесовозного автопоезда МАЗ-509А+ГКБ-9383, а не одиночного колеса задней оси или сдвоенных осей задней тележки автомобилей и прицепов-роспусков;

- зависят от размеров плит в плане и толщины, от количества, величины и местоположения колесных нагрузок на смежных плитах, от расстояния между задней осью автомобиля-тягача и осью прицепа-роспуска;

- зависят от модуля деформации основания, определяемого в зависимости от вида и качества материала подстилающего слоя.

7. Геометрические параметры железобетонных плит и параметров колейного покрытия рекомендуется:

- назначать в зависимости от категории дороги, расчетной скорости движения, состава и ширины колеи автотранспортных средств, типа лесовозных автопоездов;

- применять для эффективной эксплуатации лесовозных автопоездов на межплощадочных магистральных дорогах плиты шириной 1,5 м с укладкой их в покрытие с межколейным пространством 0,45...0,65 м в зависимости от типа лесовозного автопоезда;

- использовать на лесовозных ветках и внутриплощадочных дорогах целесообразно плиты шириной 1,0... 1,2 м.

8. Разработана система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и параметров колейных покрытий автомобильных дорог различного назначения при соответствующем обосновании расчетной нагрузки, обеспечивающая:

- определение расчетных усилий в сечениях плит с различными видами стыковых соединений от колес многоосных автотранспортных средств по методу И.А. Симвулиди;

- расчет по прочности, на выносливость и по раскрытию трещин в сечени-

ях, нормальных и наклонных к продольной и поперечной оси плиты;

- определение толщины основания под плитами по условиям сдвигоустой-чивости, морозоустойчивости и дренирующим свойствам материала;

- выполнение оптимизации плит по длине, ширине и толщине, по высоте сечсния, размерам и размещению глубоких впадин (ячеек) на опорной поверхности, армированию, виду бетона при учете затрат на строительство и эксплуатацию покрытий, на перевозку лесоматериалов и эксплуатационные потери;

- расчет конструкций плит из различных видов бетона, конкурентоспособных с ранее выпускаемыми плитами и обеспечивающих снижение материалоемкости (расход бетона и арматурной стали, массу плиты).

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Методика, математическая модель и ЭВМ-программа статистических исследований фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов позволит лесозаготовительным предприятиям выполнить анализ использования грузоподъемности автопоездов и их составных частей, выявить недостатки по размещению лесоматериалов на подвижном составе, вскрыть резервы по увеличению рейсовых нагрузок, проконтролировать осевые нагрузки и общую массы автотранспортных средств.

2. Математическая модель, алгоритм и ЭВМ-программа определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов дает возможность заводам и лесозаготовительным предприятиям выполнить обоснование марки автомобиля-тягача, вида прицепного состава, места размещения навесного гидравлического манипулятора на подвижном составе для обеспечения рациональных способов и параметров погрузки лесоматериалов с соблюдением действующих весовых и габаритных ограничений.

3. Для уменьшения величины расчетной нагрузки необходимо обеспечивать в лесозаготовительных предприятиях контроль над погрузкой лесоматериалов на автопоезда с целью недопущения их перегрузки, совершенствовать способы вывозки лесоматериалов, применять ЭВМ-программы, позволяющие в автоматизированном режиме выполнить расчеты по оценке влияния параметров размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования на осевые нагрузки автопоездов.

4. Предложенные подходы по обоснованию типа и конструкций нежестких дорожных одежд, оптимальных конструкций плит из различных видов бетона позволят проектным организациям разрабатывать решения на основании многовариантного проектирования с учетом состава лесовозных автопоездов, многоосной подвижной нагрузки от колес автотранспортных средств, характеристик продольного профиля автомобильной дороги, свойств грунтов земляного полотна и материалов основания, объемов перевозок лесоматериалов, интенсивности движения, категории лесовозной дороги, материалов нежесткой дорожной одежды или дорожных плит.

5. Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цементного бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменно-

го заполнителя, уменьшение транспортных расходов по перевозке плит к месту укладки и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейного покрытия автомобильных дорог.

Содержание диссертации опубликовано в основных работах:

В изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций:

1. Грязин, А.Д. Плиты из силикатного железобетона / А.Д Грязин, В В Савельев // Лесн. пром-сть. - 1979. - № 8. - С. 9.

2. Грязин, А.Д. Дорожные плиты из силикатного и мелкозернистого (песчаного) цементного бетона / А.Д. Грязин, В.В. Савельев, В И. Чернякевич // Лесн пром-сть. - 1992. - № 2,- С. 24-25.

3 Савельев, В.В. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд лесовозных дорог / В.В Савельев, Ю А Ширнин // Вестник Моск. гос. ин-та леса - Лесной вестник. - 2003. - № 5 (30). - С. 186-190

4. Савельев, В.В. Математическая модель определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов / В.В. Савельев // Вестник Моск. гос. ин-та леса - Лесной вестник. - 2004. - № 1 (32). - С. 74-78.

5. Савельев, В. В Система автоматизированного проектирования железобетонных плит и параметров колейных покрытий лесовозных дорог/ В В Савельев // Вестник Моск. гос. ин-та леса - Лесной вестник. - 2004. - № 5 (36). - С. 9-17.

6. Ширнин, Ю.А Обоснование расчетной нагрузки при проектировании лесовозных автомобильных дорог / Ю.А. Ширнин, В.В. Савельев // Лесн. пром-сть. - 2004. - № 2. - С. 18-19.

7. Савельев, В.В. Статистические исследования фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов/ В.В. Савельев // Лесн. пром-сть. - 2005. - № 1. - С. 21 -24.

8 Савельев, В.В Автоматизированное проектирование дорожных одежд нежесткого типа / В.В. Савельев // Вестник Моск. гос ин-та леса - Лесной вестник. - 2005. - № 2 (38). - С. 100-106.

9 Савельев, В.В. Система автоматизированного проектирования железобетонных плит для сборных и сборно-разборных колейных покрытий автомобильных дорог / В.В. Савельев // Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2005612139; заявл. 4.07.2005; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.08.2005.

В монографии и учебных пособиях-

Ю.Савельев, В.В. Совершенствование конструкций железобетонных плит колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог' научное издание / В В Савельев; под ред. Ю.А. Ширнина. - Йошкар-Ола: МарГГУ, 2004. - 264 с.

11 Инженерно-практические исследования на лесотранспорте: учеб пособие / M Ю Смирнов, В.В. Савельев, А.Д. Кирсанов, В.И. Чернякевич. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 92 с.

12 Савельев, ВВ. Проектирование дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог: учеб. пособие / В.В. Савельев - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. -180 с

В периодической печати и сборниках:

13. Грязин, А.Д. Силикатный бетон - материал для дорожных плит / АД. Гря-

зин, B.B. Савельев // Организация и эксплуатация лесовозных дорог в условиях Урала и Сибири: межвуз. сб. науч. тр. / УЛТИ. - Свердловск, 1977. - С. 12-18.

14.Савельев, В.В. Оптимизация параметров бетонных плит для колейных покрытий лесовозных дорог / В.В. Савельев, II.Г. Cepieee // Автоматизация проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов: Maie-риалы Всесоюзного симпозиума по проблемам автоматизации проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов. - Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1979. - С. 137-144.

15.Грязин, А.Д. Определение ширины железобетонной плиты для сборных колейных покрытий лесовозных автомобильных доро1 / А.Д- Грязин, В.В. Савельев, В.И. Чернякевич; Марийск. политехи, ин-т. - Йошкар-Ола, 1988. -13 с.-Деп. в ВНИПИЭИлеспроме, №2054-лб 87.

16. Савельев, В.В. Совершенствование железобетонных плит для покрытий лесовозных дорог / В.В. Савельев // Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: межвуз. сб. науч. тр. / ЛТА. - Л., 1989. - С. 119-121.

17. Савельев, В.В. Совершенствование методики расчета и конструкций железобетонных плит для покрытий автомобильных дорог / В.В. Савельев II Лесоэксплуатация: межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: СибГТУ, 1998. - С. 361-363.

18. Савельев, В.В. Повышение прочности и надежности железобетонных плит колейных покрытий автомобильных дорог / В.В. Савельев // Совершенствование транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог: сб. науч. тр. - Иркутск, 1999.-Т. I.-С. 178-181.

В материалах научно-технических конференций:

19. Савельев, В.В. Методика технико-экономического обоснования типа покрытия и рациональной конструкции дорожной одежды / В.В. Савельев // Рациональное использование лесных ресурсов: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 80-летию со дня рождения Дмитриева Юрия Яковлевича. - Иош-кар-Ола: МарГТУ, 1999. - С. 152-154.

20. Савельев, В.В. Обоснование величины расчетной нагрузки для определения параметров дорожных плит / В.В. Савельев // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: тез. Докл. междунар. науч.-техн. конф. - Екатеринбург: УГЛТА, 1999. - С. 132-133.

21. Чернякевич, В.И. Дорожные плиты из мелкозернистого цементного бетона / В.И. Чернякевич, H.H. Пушкаренко, В.В. Савельев // Научно-технический прогресс в лесном комплексе: тез. докл. междунар. науч -практич конференции -Сыктывкар, 2000. - С. 41-42.

22. Савельев, В.В. Методика определения фактических осевых нагрузок лесовозных автомобильных поездов / В.В Савельев // Химико-лесной комплекс -проблемы и решения: сб. статей по материалам Всероссийск науч.-практ конф. - Красноярск: СибГТУ, 2002. - Т. 2. - С. 73-77

23.Савельев, В.В. Сравнительная оценка методик определения приведенной интенсивности воздействия нагрузки при проектировании дорожных одежд / В.В. Савельев // Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов материалы междунар. науч.-практич. конф. 18-21 мая 2004 - Йошкар-Ола. 2004 -Ч. 1.-С. 61-64.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д212.115.02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями по адресу 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, МарГТУ, ученому секретарю. Факс (8362) 41-08-72 Тел. 68-68-74, 68-68-05.

»-1682

Бумага офсетная Печать офсетная Усл. п л 2,0 Тираж 100 экз Заказ № 3209

Редакционно-издательский центр Марийского государственного технического университета 424006, Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Введение

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Дорожно-транспортные условия перевозки лесоматериалов в России

1.2. Анализ конструкций и методики проектирования нежестких дорожных одежд автомобильных дорог

1.2.1. Конструкции нежестких дорожных одежд

1.2.2. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд на прочность и морозоустойчивость

1.3. Проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств колейных покрытий из железобетонных плит

1.3.1. Конструкции железобетонных плит для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог

1.3.2. Виды бетонов для изготовления дорожных плит и их качественная характеристика

1.3.3. Методы расчета железобетонных плит сборных и сборно-разборных колейных покрытий

1.3.4. Методика расчета ненапряженных конструкций железобетонных плит по предельным состояниям первой и второй группы

1.3.5. Расчетные схемы нагружения дорожных плит

1.3.6. Анализ методик определения толщины основания под плитами

1.4. Анализ и оценка методик определения расчетных нагрузок на дорожные одежды

1.4.1. Расчетное автотранспортное средство

1.4.2. Расчетные параметры подвижной нагрузки от колес автотранспортных средств

1.4.3. Расчетные нагрузки на дорожные одежды

1.5. Методика формирования лесовозных автопоездов

1.6. Анализ и оценка работ по автоматизированному проектированию и определению стоимости дорожных одежд

1.7. Задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

2.1. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд

2.2. Структура подсистем автоматизированного проектирования дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог

2.3. Математическая модель и алгоритм формирования лесовозных автопоездов

2.4. Методика статистических исследований фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов

2.5. Экономико-математические модели определения стоимости строительства лесовозных автомобильных дорог

2.6. Критерии оптимальности параметров железобетонных плит и колейных покрытий

2.7. Выводы по главе

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЖЕНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

3.1. Статистические исследования фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов

3.1.1. Математическая модель статистических исследований фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов

3.1.2. Алгоритм статистических исследований фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов

3.2. Математическая модель и алгоритм определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов

3.2.1. Математические модели определения осевых нагрузок автопоездов

3.2.2. Алгоритм определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов

3.2.3. Оценка влияния параметров размещения лесоматериалов и погрузочного оборудования на осевые нагрузки автопоездов

3.3. Математическая модель и алгоритм определения приведенной расчетной интенсивности воздействия нагрузки на дорожную одежду

3.3.1. Сравнительная оценка методик определения приведенной интенсивности воздействия нагрузки при расчете дорожных одежд

3.3.2. Алгоритм определения характеристик интенсивности воздействия подвижной нагрузки на дорожную одежду

3.4. Математические модели и алгоритмы нагружения дорожных плит колейных покрытий лесовозных дорог

3.4.1. Обоснование расчетных схем нагружения дорожных плит

3.4.2. Обоснование расчетной нагрузки на дорожные плиты

3.5. Выводы по главе

4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА

4.1. Математические модели расчета дорожных одежд нежесткого типа на прочность

4.2. Математические модели расчета дорожных конструкций на морозоустойчивость

4.3. Математические модели определения стоимости подготовительных работ, возведения земляного полотна и устройства дорожной одежды

4.4. Разработка алгоритмов и программ автоматизированного проектирования дорожных одежд нежесткого типа

4.5. Выводы по главе

5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА НЕНАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ДЛЯ КОЛЕЙНЫХ

ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

5.1. Разработка принципов формирования параметров колейных покрытий из железобетонных плит

5.1.1. Обоснование ширины дорожных плит и колейного покрытия

5.1.2. Обоснование длины дорожных плит

5.1.3. Обоснование толщины дорожных плит

5.1.4. Влияние параметров плит и колейного покрытия на технико-эксплуатационные показатели работы автопоездов

5.2. Обоснование метода расчета конструкций железобетонных плит сборных и сборно-разборных колейных покрытий

5.3. Математическая модель определения расчетных усилий в дорожных железобетонных плитах

5.4. Расчет ненапряженных конструкций дорожных плит из различных видов бетона

5.5. Математическая модель определения толщины основания под плитами

5.6. Выводы по главе

6. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ И ПАРАМЕТРОВ КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

6.1. Алгоритм определения расчетных усилий в сечениях железобетонных плит колейного покрытия

6.2. Математические модели и алгоритмы расчета дорожных плит по предельным состояниям первой и второй группы

6.3. Алгоритм расчета основания под железобетонными плитами колейного покрытия

6.4. Система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций железобетонных плит и параметров колейного покрытия

6.5. Выводы по главе

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ

ПЛИТ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ

7.1. Изготовление дорожных плит из мелкозернистых бетонов

7.1.1. Изготовление плит из плотного силикатного бетона

7.1.2. Изготовление дорожных плит из мелкозернистого (песчаного) цементного бетона на Кировском заводе ЖБИ

7.1.3. Изготовление дорожных плит из мелкозернистого (песчаного) цементного бетона на заводе ОАО "КПД"

7.2. Стендовые испытания экспериментальных образцов дорожных плит из мелкозернистых бетонов

7.2.1. Испытания экспериментальных образцов плит из плотного силикатного бетона

7.2.2. Испытания экспериментальных образцов плит из мелкозернистого цементного бетона

7.3. Испытание опытных партий плит из мелкозернистых бетонов в покрытиях лесовозных дорог

7.3.1. Характеристика опытных партий дорожных плит из плотного силикатного бетона

7.3.2. Характеристика опытных партий дорожных плит из мелкозернистого цементного бетона

7.3.3. Производственные испытания дорожных плит из плотного силикатного бетона

7.3.4. Производственные испытания дорожных плит из мелкозернистого цементного бетона

7.4. Выводы по главе

8. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ ТИПА И КОНСТРУКЦИЙ ОДЕЖД ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ

8.1. Анализ влияния параметров расчетной нагрузки и методики расчета на конструкции нежестких дорожных одежд

8.2. Влияние различных факторов на параметры ненапряженных конструкций железобетонных плит и колейных покрытий

8.3. Эффективность оптимизации параметров ненапряженных конструкций дорожных плит из различных видов бетона

8.4. Выводы по главе

Актуальность темы. Эффективность работы лесовозного автомобильного транспорта определяется наличием и качественным состоянием лесовозных автомобильных дорог круглогодового действия, ритмичностью и высокими скоростями движения лесовозных автопоездов.

Особенности объектов проектирования, разнообразие почвенно-грунтовых и инженерно-геологических условий, таксационных показателей древостоев, рельефа местности и других факторов природных условий на различных участках лесовозных дорог обуславливают необходимость проектирования плана трассы, продольного и поперечных профилей, земляного полотна, конструкций дорожной одежды и водопропускных сооружений многовариантной проработкой технических решений.

Затраты на устройство, ремонт и содержание дорожной одежды составляют основную часть всех расходов. Поэтому выбор рациональной конструкции дорожной одежды нежесткого или жесткого типа является одной из главных задач при проектировании автомобильных дорог.

Наряду с этим необходимо решать вопросы повышения качества дорог в связи с применением на вывозке лесоматериалов лесовозных автопоездов на базе автомобилей-тягачей МАЗ-509А, MA3-5434, КрАЗ-255Л, KpA3-643701, КамАЗ-43105, Урал-43204 и др., увеличением расстояний перевозки лесоматериалов и необходимостью снижения себестоимости заготовки лесопродукции.

В сложившихся условиях проблему дорожного строительства в лесу и в районах Российской Федерации (РФ), где отсутствуют или имеются незначительные запасы прочных каменных материалов, можно решить за счет применения сборных и сборно-разборных колейных покрытий из железобетонных плит. Поэтому исследования по дальнейшему совершенствованию надежных и экономичных конструкций железобетонных плит и по повышению эксплуатационных качеств колейных покрытий лесовозных дорог являются актуальными.

Экономию материалов, повышение надежности и транспортно-эксплуата-ционных качеств автомобильных дорог можно достичь учетом особенностей их эксплуатации под воздействием многократно повторяющейся подвижной нагрузки от колес лесовозных автопоездов, совершенствования методов расчета конструкций железобетонных плит, обоснования расчетных нагрузок, разработки систем автоматизированного проектирования и конструирования с целью оптимизации параметров дорожных конструкций.

Работа выполнялась в соответствии с темами: "Исследование и совершенствование конструкций и технологии строительства лесовозных автомобильных дорог с покрытием из плит из автоклавных бетонов" (№ ГР 74060889); "Разработка вопросов проектирования и строительства лесовозных дорог с колейным покрытием из бетонных плит (вопросы конструирования и расчета дорожных плит из силикатного железобетона для покрытия лесовозных автомобильных дорог)" (№ ГР 72045787); "Исследование работоспособности лесовозных дорог с покрытием из железобетонных плит" (№ ГР Б649337); "Разработка конструкций дорожных плит из различных видов бетона" (№ ГР 01.86.0033243); " Совершенствование конструкций дорожных плит для подъездных путей и технология их изготовления на основе местных материалов в ОАО «КПД»" (№ ГР 01.9.90.001027); "Вопросы теории и практики строительства и эксплуатации лесовозных дорог" (№ ГР 0182.2003308); "Разработка методологии системного проектирования сети лесных дорог и способов перевозки древесины" (№ ГР 0186016422); "Математическое и физическое моделирование технических, биологических и экономических объектов" (№ 1.1.04) и Федеральной программой развития лесопромышленного комплекса Российской Федерации, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации № 1123 от 20.11.95 г.

Цель работы. Обоснование типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог путем разработки концепции и совершенствования методов расчета дорожных конструкций, создания математического, программного и информационного обеспечения для автоматизированного проектирования.

Объекты исследований - лесовозные автомобильные дороги, автопоезда, процессы взаимодействия лесовозных автопоездов с дорожными покрытиями.

Предметы исследований - алгоритмы проектирования дорожных одежд нежесткого и жесткого типа, железобетонные плиты сборных и сборно-разборных колейных покрытий, математические модели определения расчетных нагрузок и расчета нежестких и жестких дорожных одежд.

Методы исследования. Применялись методы: механики деформируемого твердого тела, математической статистики, теории расчета конструкций на упругом основании, анализа и синтеза проектных решений, системного подхода с математическим моделированием проектируемых объектов, имитационного моделирования на ЭВМ процессов взаимодействия элементов сборных и сборно-разборных покрытий с подвижным составом, натурного эксперимента.

Научная новизна результатов. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог, отличающаяся учетом конкретных условий их эксплуатации. Математические модели, алгоритмы и программы: установления осевых нагрузок и коэффициентов перегрузки колес лесовозных автопоездов; обоснования расчетного автотранспортного средства и параметров расчетной нагрузки при проектировании лесовозных дорог, отличающиеся исследованиями фактических весовых и габаритных параметров перевозимых лесоматериалов, учетом влияния способов размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования.

Алгоритмы и программы автоматизированного расчета одежд нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость, отличающиеся моделями, идентифицирующими данные графиков, номограмм и таблиц нормативных документов с доверительной вероятностью более 95 %.

Рациональные параметры железобетонных плит и колейных покрытий и схемы их нагружения, отличающиеся учетом категории дороги, состава и ширины колеи автотранспортных средств, типа лесовозных автопоездов и реальных процессов взаимодействия колес многоосных лесовозных автопоездов с колесопроводами покрытий.

Методика расчета и система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и параметров сборных и сборно-разборных колейных покрытий, отличающиеся новым подходом в определении экстремальных расчетных усилий и размещении арматурных стержней в сечениях плит с учетом воздействия любого сочетания подвижных нагрузок от колес автотранспортных средств.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог, учитывающая конкретные природные, производственные, эксплуатационные и экономические условия.

2. Математические модели, алгоритмы, программы расчета и результаты исследований осевых нагрузок лесовозных автопоездов, позволяющие проанализировать их использование на вывозке лесоматериалов и влияние параметров размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования.

3. Математические модели и алгоритмы обоснования параметров расчетной нагрузки при проектировании лесовозных автомобильных дорог, позволяющие обосновать расчетное автотранспортное средство.

4. Комплекс компьютерных программ по совершенствованию проектных решений при обосновании типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог, обеспечивающих оптимизацию дорожных конструкций и определение технико-экономических показателей функционирования лесотранспортных систем.

5. Методика расчета железобетонных плит колейных покрытий, позволяющая размещать арматурные стержни в соответствии с действующими в их сечениях экстремальными расчетными усилиями.

6. Система автоматизированного проектирования железобетонных плит и параметров колейных покрытий лесовозных дорог, учитывающая реальные условия нагружения колесопроводов подвижной нагрузкой.

Научная и практическая значимость. Научной новизной обладают методы, математические модели, алгоритмы и программы по обоснованию типа и конструкций нежестких и жестких дорожных одежд на основании многовариантного проектирования с учетом конкретных природных, производственных, эксплуатационных и экономических условий, дополняющие математическое, программное и информационное обеспечения САПР-ЛЛД.

Применение заводами и лесозаготовительными предприятиями алгоритмов и ЭВМ-программ расчета осевых нагрузок лесовозных автопоездов обеспечит рациональное размещение различных лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования при соблюдении нормативных весовых и габаритных параметров.

Реализация проектными организациями математического и информационного обеспечения, алгоритмов и ЭВМ-программ обоснования типа и конструкции дорожных одежд позволит получить рациональные дорожные конструкции, снизить затраты на строительство и эксплуатацию и вывозку лесоматериалов.

Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цементного бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейных покрытий дорог.

Достоверность результатов исследований. Научные положения, выводы и рекомендации работы обоснованы с использованием современных методов научных исследований, не противоречат теории расчета конструкций на упругом основании и подтверждены результатами статистической обработки экспериментальных данных, апробацией и внедрением результатов исследований в производство.

Личное участие автора в получении результатов. Все работы по разработке методик, математических моделей, алгоритмов и ЭВМ-программ, обоснованию осевых нагрузок лесовозных автопоездов и выполнению расчетов нежестких и жестких дорожных одежд с применением ЭВМ, разработке методик испытаний экспериментальных и опытных образцов плит, обработке материала, анализу и обобщению результатов исследований выполнены на основе многолетней работы автора.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при расчете и разработке конструкций дорожных плит из мелкозернистого цементного и плотного силикатного бетонов по планам объединений "Вологдалеспром" в 1975

1977 гг., "Кировлеспром" в 1986-1990 гг. и ОАО "Крупнопанельное домостроение" Республики Марий Эл в 1999 г. Изготовлены экспериментальные образцы и опытные партии плит из мелкозернистого цементного и плотного силикатного бетона, выполнены их испытания в заводских условиях и покрытиях лесовозных автомобильных дорог Вологодской и Кировской областей. Разработаны ТУ 2153-60-88 "Плиты из плотного силикатного бетона для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог". Документация для изготовления дорожных плит из мелкозернистых бетонов передана объединениям "Вологдалеспром" и "Кировлеспром", ОАО "Крупнопанельное домостроение".

Комплекс программ автоматизированного проектирования нежестких дорожных одежд внедрен в ПСБ по проектированию объектов дорожного хозяйства.

Разработанные методики, модели, алгоритмы и программы используются в учебном процессе МарГТУ.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзном симпозиуме по проблемам автоматизации проектирования транспортного и мелиоративного освоения лесных массивов (Петрозаводск, 1978 г.); Международных НТК (Екатеринбург, 1999 г.) и НПК (Йошкар-Ола, 1992, 1999, 2004 гг., Сыктывкар, 2000 г.); Всероссийской НПК (Красноярск, 2002 г.); НТК МарПИ (Йошкар-Ола, 1975-1994 гг.), МЛТИ (Мытищи, 1981 г.), ЛТА (Ленинград, 1988 г.) и МарГТУ (Йошкар-Ола, 1995-2005 гг.); НТК (Пермь, 1991 г.); на технических советах ТПО "Кировлеспром" (Киров, 1986-1990 гг.); в отделе плотного силикатного бетона ВНИИстром (Красково, 1987-1988 гг.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано автором в 23 работах объемом 35,8 п.л. и 10 работах в соавторстве объемом 3,1 п.л. (авторский вклад 50 %), в том числе: 1 монография (15,3 п.л.); 2 учебных пособия (15,8 п.л.); 20 статей в научных журналах (5,8 п.л.), из них 8 статей (2.2 п.л.) в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций; 8 статей в материалах НТК и НПК (1,6 п.л.); 1 свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 44 приложений. Объем работы изложен на 319 стр. и включает 73 рисунка, 59 таблиц. Список литературы состоит из 261 наименования. Приложения включают 197 стр. текста, 45 рисунков, 37 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В исследованиях "Обоснование типа и конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог" изложены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в области проектирования, строительства и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог. Теоретические и экспериментальные исследования по рассмотренной теме позволили сделать следующие выводы.

1. Предложена концепция технико-экономического обоснования типа и конструкций дорожных одежд в комплексе с земляным полотном по минимуму удельных приведенных затрат, для реализации которой разработаны:

- структуры подсистем САПР-ЛЛД обоснования расчетных параметров подвижной нагрузки, автоматизированного проектирования одежд нежесткого типа, параметров ненапряженных конструкций железобетонных плит и колейных' покрытий автомобильных дорог, определения технико-экономических показателей функционирования лесотранспортных систем;

- экономико-математические модели определения стоимости строительства лесовозных автомобильных дорог и критерии оптимальности параметров железобетонных плит и колейных покрытий, обеспечивающие экономическую оценку организации дорожных работ, оптимизацию дорожных конструкций и выбор рационального комплекта дорожно-строительных машин.

2. Разработанные математические модели, алгоритмы и ЭВМ-программы определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов позволили установить:

- при использовании самозагружающихся автопоездов с гидравлическим манипулятором имеет место перегруз на 5.62 % передних осей автомобиля, что необходимо учитывать при расчете дорожных одежд;

- коэффициенты перегрузки задней оси автомобилей составляют 1,4. 1,6 (на вывозке полухлыстов и сортиментов) и более 1,7 (при вывозке хлыстов);

- колеса прицепа-роспуска ГКБ-9383 перегружаются до 47 %;

- осевые нагрузки лесовозных автопоездов зависят от вида и длины перевозимых лесоматериалов, наличия, места размещения и конструктивной массы навесного гидравлического манипулятора, марки и технических характеристик тягового и прицепного состава.

3. Расчетные параметры подвижной нагрузки при проектировании дорожных одежд зависят:

- от выбора расчетного автомобиля из состава систематически обращающихся автотранспортных средств по дороге;

- от методики определения параметров подвижной нагрузки, влияющих на значения номинальных динамических нагрузок на оси автотранспортных средств и устанавливаемых по ВСН 46-83 и ОДН 218.046-01.

4. Рациональные конструкции нежестких дорожных одежд можно получить за счет применения:

- полученных аналитических моделей, идентифицирующих данные графиков, номограмм, таблиц ОДН 218.046-01 и ВСН 46-83;

- разработанных математических моделей и алгоритмов расчета дорожных одежд нежесткого типа на прочность и морозоустойчивость;

- созданного комплекса компьютерных программ автоматизированного проектирования, позволяющего обосновать расчетные параметры подвижной нагрузки, выполнить расчет нежестких дорожных одежд на прочность и морозоустойчивость и определить технико-экономические показатели функционирования лесотранспортных систем.

5. Предлагаемая методика расчета дорожных плит колейных покрытий:

- отличается от существующей методики новым подходом в определении экстремальных расчетных усилий в сечениях плит и размещении арматурных стержней в соответствии с действующими изгибающими моментами и поперечными силами для обеспечения экономии арматуры и снижения стоимости плит;

- основывается на применение расчетных схем нагружения дорожных плит колейных покрытий: а) позволяющих определить значения максимальных расчетных усилий в заданных поперечных сечениях плиты с учетом возможных сочетаний расположения и количества расчетных подвижных нагрузок от колес автотранспортных средств и вида соединения смежных плит в колесопроводах покрытия; б) рассматривающих впервые колесопроводы покрытия из нескольких плит, количество которых зависит от их длины, числа осей и расстояний между осями расчетного автотранспортного средства; в) определяющих расчетные усилия в сечениях плит от воздействия любого автотранспортного средства (двухосного, трехосного, многоосного) для обеспечения адекватности полученных данных реальным условиям нагружения плит колейных покрытий.

6. Экстремальные расчетные усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) в сечениях плит колейных покрытий:

- возникают от воздействия всех колес лесовозного автопоезда МАЗ-509А+ГКБ-9383, а не одиночного колеса задней оси или сдвоенных осей задней тележки автомобилей и прицепов-роспусков;

- зависят от размеров плит в плане и толщины, от количества, величины и местоположения колесных нагрузок на смежных плитах, от расстояния между задней осью автомобиля-тягача и осью прицепа-роспуска;

- зависят от модуля деформации основания, определяемого в зависимости от вида и качества материала подстилающего слоя.

7. Геометрические параметры железобетонных плит и параметров колейного покрытия рекомендуется:

- назначать в зависимости от категории дороги, расчетной скорости движения, состава и ширины колеи автотранспортных средств, типа лесовозных автопоездов;

- применять для эффективной эксплуатации лесовозных автопоездов на межплощадочных магистральных дорогах плиты шириной 1,5 м с укладкой их в покрытие с межколейным пространством 0,45.0,65 м в зависимости от типа лесовозного автопоезда;

- использовать на лесовозных ветках и внутриплощадочных дорогах целесообразно плиты шириной 1,0. 1,2 м.

8. Разработана система автоматизированного проектирования ненапряженных конструкций плит из различных видов бетона и параметров колейных покрытий автомобильных дорог различного назначения при соответствующем обосновании расчетной нагрузки, обеспечивающая:

- определение расчетных усилий в сечениях плит с различными видами стыковых соединений от колес многоосных автотранспортных средств по методу И.А. Симвулиди;

- расчет по прочности, на выносливость и по раскрытию трещин в сечениях, нормальных и наклонных к продольной и поперечной оси плиты;

- определение толщины основания под плитами по условиям сдвигоустой-чивости, морозоустойчивости и дренирующим свойствам материала;

- выполнение оптимизации плит по длине, ширине и толщине, по высоте сечения, размерам и размещению глубоких впадин (ячеек) на опорной поверхности, армированию, виду бетона при учете затрат на строительство и эксплуатацию покрытий, на перевозку лесоматериалов и эксплуатационные потери;

- расчет конструкций плит из различных видов бетона, конкурентоспособных с ранее выпускаемыми плитами и обеспечивающих снижение материалоемкости (расход бетона и арматурной стали, массу плиты).

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Методика, математическая модель и ЭВМ-программа статистических исследований фактических осевых нагрузок лесовозных автопоездов позволит лесозаготовительным предприятиям выполнить анализ использования грузоподъемности автопоездов и их составных частей, выявить недостатки по размещению лесоматериалов на подвижном составе, вскрыть резервы по увеличению рейсовых нагрузок, проконтролировать осевые нагрузки и общую массы автотранспортных средств.

2. Математическая модель, алгоритм и ЭВМ-программа определения осевых нагрузок лесовозных автопоездов дает возможность заводам и лесозаготовительным предприятиям выполнить обоснование марки автомобиля-тягача, вида прицепного состава, места размещения навесного гидравлического манипулятора на подвижном составе для обеспечения рациональных способов и параметров погрузки лесоматериалов с соблюдением действующих весовых и габаритных ограничений.

3. Для уменьшения величины расчетной нагрузки необходимо обеспечивать в лесозаготовительных предприятиях контроль над погрузкой лесоматериалов на автопоезда с целью недопущения их перегрузки, совершенствовать способы вывозки лесоматериалов, применять ЭВМ-программы, позволяющие в автоматизированном режиме выполнить расчеты по оценке влияния параметров размещения лесоматериалов и навесного погрузочного оборудования на осевые нагрузки автопоездов.

4. Предложенные подходы по обоснованию типа и конструкций нежестких дорожных одежд, оптимальных конструкций плит из различных видов бетона позволят проектным организациям разрабатывать решения на основании многовариантного проектирования с учетом состава лесовозных автопоездов, многоосной подвижной нагрузки от колес автотранспортных средств, характеристик продольного профиля автомобильной дороги, свойств грунтов земляного полотна и материалов основания, объемов перевозок лесоматериалов, интенсивности движения, категории лесовозной дороги, материалов нежесткой дорожной одежды или дорожных плит.

5. Применение дорожных плит из мелкозернистых бетонов вместо тяжелого цементного бетона обеспечивает снижение себестоимости их производства, экономию металла и цемента, отказ от использования дорогостоящего каменного заполнителя, уменьшение транспортных расходов по перевозке плит к месту укладки и снижение удельных приведенных затрат на строительство колейного покрытия автомобильных дорог.

1. Автомобильные дороги. Одежды из местных материалов: учеб. пособие для вузов / А.К. Славуцкий, В.К. Некрасов, Г.А. Ромаданов и др. М.: Транспорт, 1987. - 255 с.

2. Автомобильные дороги: СНиП 2.05.02-85. М.: Госстрой СССР, 1985. - 153 с.

3. Автомобильные дороги: СНиП 4.07-91, 4.05-91 / Гос. строит, ком. СССР. -М.: Стройиздат, 1993. 127 с.

4. Аликин, Г.П. Технология и техника лесозаготовок в XXI веке / Г.П. Али-кин, Г.А. Рахманин // Лесн. пром-сть. 2001. - № 3. - С. 2-4.

5. Алябьев, В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках / В.И. Алябьев. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 232 с.

6. Андрианов, Ю.С. Вывозка лесоматериалов самозагружающимися автопоездами: науч. издание / Ю.С. Андрианов; под ред. М.Ю. Смирнова. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 231 с.

7. Аттенков, А.В. Методы оптимизации: учебник для вузов / А.В. Аттенков, С.В. Галкин, Зарубин B.C.; под ред. B.C. Зарубина, Д.П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. - 440 с.

8. Афоничев, Д.Н. Повышение надежности сборных покрытий автомобильных дорог предприятий лесного комплекса: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.21.01 / Д.Н. Афоничев. Воронеж, 1998. - 20 с.

9. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения / В.Ф. Бабков. -М., Транспорт, 1993. 271 с.

10. Бабков, В.Ф. Проектирование автомобильных дорог. 4.1. / В.Ф. Бабков, О.В. Андреев, М.С. Замахаев. М.: Транспорт, 1970. - 400 с.

11. Бабков, В.Ф. Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1. / В.Ф. Бабков, О.В. Андреев. М.: Транспорт, 1979. - 367 с.

12. Баженов, Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов: учеб. пособие / Ю.М. Баженов. М.: Стройиздат, 1975. - 268 с.

13. Бетонные и железобетонные конструкции из плотного силикатного бетона: СНиП 2.03.02-86. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 24 с.

14. Бетонные и железобетонные конструкции: СНиП 2.03.01-84 / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 79 с.

15. Бируля, А.К. Сборные железобетонные покрытия автомобильных дорог / А.К. Бируля, О.Т. Батраков, В.М. Могилевич. М.: Автотрансиздат, 1960. - 157 с.

16. Большаков, Б.М. Направления развития техники и технологии лесозаготовительного производства / Б.М. Большаков // Лесн. пром-сгь. 1998. - № 3. - С. 3-5.

17. Большаков, Б.М. Некоторые аспекты сортиментной технологии / Б.М. Большаков // Лесн. пром-сгь. 1997. - № 1. - С. 16-19.

18. Борисов, Г.А. Методы автоматизированного проектирования лесовозного автомобильного транспорта: автореф. дис. . докт. техн. наук: 05.22.12, 05.13.12 /Г.А. Борисов. Л., 1987. - 38 с.

19. Борисов, Г.А. Методы автоматизированного проектирования лесотранс-порта / Г.А. Борисов. Петрозаводск, 1978. - 198 с. «!

20. Бычков, В.В. Обоснование метода расчета плит колейных покрытий автомобильных лесовозных дорог: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.21.01 / В.В. Бычков. Химки, 1989. - 19 с.

21. Вайнштейн, В.М. Разработка конструкции и технологии строительства лесовозных дорог с использованием отсевов дробления известняков (для условий РМЭ): автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.21.01 / В.М. Вайнштейн. -Йошкар-Ола, 2002. 22 с.

22. Васильев, А.П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на условия движения / А.П. Васильев. М.: Транспорт, 1986. - 244 с.

23. Васильев, А.П. Состояние дорог и безопасность движения автомобилей в сложных погодных условиях / А.П. Васильев. М.: Транспорт, 1976. - 224 с.

24. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / Под ред. И.А. Золоторя. М.: Транспорт, 1971. - 415 с.26