Библиографическое описание:

Кычкин В. И., Юшков В. С. Алгоритм вибрационной диагностики слоев основания дорожных конструкций нежесткого типа // Молодой ученый. — 2010. — №1-2. Т. 1. — С. 88-90.

Обеспечение надежности дорожных конструкций, прежде всего по прочности и ровности находятся в ряду основных задач строительства, эксплуатации и реконструкции дорог. В настоящее время ставятся задачи обеспечения долговечности дорожных покрытий и доведения их жизненного цикла до 35 лет [1]. Особое значение эти задачи приобретают в связи с увеличением масштабов дорожного строительства, увеличением нагрузки на ось автотранспортных средств (АТС),  повышением скорости их движения и высоких требований по безопасности и снижения экономических ущербов, вызываемых повреждениями автомобильных дорог.

Современные методы обеспечения надежности эксплуатации дорог и снижение рисков не выполнения требований транспортно – эксплуатационных  показателей строятся на методах технической диагностики [2]. Это в свою очередь требует создания диагностических моделей, устанавливающих связь между различными классами технического состояния дорожных конструкций и диагностическими признаками состояния, т.е. характеристиками, используемых в системе диагностики сигналов, которые несут в себе информацию об изменении параметров конструкции. Диагностические модели на основе динамической теории работы слоистых конструкций при воздействии подвижных АТС позволяют сформулировать информативные характеристики вибрационных процессов, которые способны практически мгновенно и достаточно точно отражать изменения технического состояния дорожных конструкций, а с учетом разработанной электронной аппаратуры и соответствующего программного обеспечения являются весьма эффективным средством подготовки принятия решений о качестве строящихся и эксплуатируемых дорог.

В представленной работе рассматривается возможность измерения динамического обратимого прогиба и частоты колебаний затухающего процесса слоев дороги и сопоставления с аналогичными параметрами, полученными расчетным путем. При этом динамическая модель представлена в форме вертикальных колебаний двух масс, одна из которых моделирует асфальтобетон и слои щебня, укрепленного цементом, а другая масса – слои из малопрочных материалов и укрепленных грунтов. Массы соединены между собой и с неподвижным основанием элементами жесткости. Такие типы моделей широко применяются для анализа характера процессов в вибрационной сейсморазведке в ближней зоне источника колебаний [3]. Известны модели системы «дорожная конструкция - грунт» различного уровня сложности [2]. Однако разработка и практическая реализация функциональных возможностей с получением диапазонов применимости в целях задач вибродиагностики дорог, а также оценки степени точности моделей является актуальной задачей. Система «автомобиль – конструкция дороги» совершает вынужденные и собственные колебания. Поскольку импульс воздействия АТС на слои дороги в конкретной точке достаточно непродолжительный, рассматривается процесс свободных колебаний. Затухание колебаний в построении динамической модели не учитывается.

Уравнения частот системы с двумя степенями свободы имеет вид:

         (1)

где  - частота колебаний; С1 и С2 – жесткости покрытия и основания; m1 и  m2  - массы покрытия и основания.

Вещественные и положительные решения уравнения (1) являются собственными двухчастотными характеристиками колебательного процесса конструкции, определяемого функциями  и  с соответствующими амплитудами свободных колебаний и фазой.

Жесткости модели С1 и С2 принимались: для первой массы постоянной и равной , для второй массы С2 - с учетом динамических прогибов слоев основания. Здесь Р1 – давление, воспринимаемое поверхностью дорожного полотна; D1 – диаметр пятна контакта, по площади которого распределяется давление; x1 – прогиб покрытия. Прогибы слоев основания определяем в соответствии с моделью представленной в [4].

Установление прямых корреляционных связей между диагностическими признаками и конструктивными параметрами дорожных конструкций возможно в том случае, если объект диагностики наблюдаем по параметрам состояния и диагностического сигнала. Собственные колебания дорожной конструкции определяются значениями ускорений, скоростей и перемещений, а также спектром вибрации. Для измерения вибрации поверхности дороги применялся прибор «Вибран - 2» с вибропреобразователем типа ВД – 2.0 (заводской № 102). Параметры состояния определяются расчетным путем.

В результате расчетов при принятых параметрах: модуль упругости 200 … 300 кг/см2; диаметр окружности передачи нагрузки на грунт 50 см; сцепление 0,055; количество транспортного потока 1000 авт/сут; количество проездов с повышенной нагрузкой 800; угол внутреннего трения 300; влажность 0,95% и масса покрытия 1,017 кг·с2/см определены частоты колебаний, приведенные на рис.1. На рис.2 показаны изменения расчетной частоты от модуля слоев основания, при массе покрытия 1,017 кг·с2/см и массе основания 0,0535 кг·с2/см.

Рис.1. Зависимость частоты колебаний основания от его массы и модуля материала основания

Рис.2. Зависимость частоты колебаний основания от модуля упругости материала основания

С учетом дополнительной информации о влажности грунта определяется модуль упругости основания и оценивается верхняя и нижняя граница поля допуска параметра. Считая закон распределения частоты колебаний нормальным, оцениваем среднеквадратичное отклонение (СКО), математическое ожидание (МО) и коэффициент вариации, полученными на основе программы генератора случайных чисел реализованной на компьютере, и сравниваем с вероятностными характеристиками измеренной частоты при ±5% основной относительной погрешности. 

Таким образом, в статье предложен алгоритм вибродиагностики дорожных конструкций, ориентированный на получение результатов о техническом состоянии слоев основания дорожных одежд. Инструментальный контроль вибраций внешнего слоя в режиме свободных колебаний конструкции и расчетный метод описания колебаний нижележащих слоев дают возможность осуществить допусковый контроль модуля упругости материала основания. Допусковый контроль состоит в сравнении полученного значения параметра с его допустимыми пределами и получение одного из следующих результатов:

где Е – расчетное значение параметра; Δ1, Δ2 – нижняя и верхняя границы поля допуска на параметр. Выход параметра за поле допуска означает нарушение работоспособности объекта диагностики.

Количественный контроль осуществляется с анализом абсолютных значений параметра или отклонения его от номинала. Это предложено выполнять с использованием генератора случайных чисел с определением характеристик СКО, МО и коэффициента вариации. Показано, что снижение модуля упругости материалов слоев основания уменьшает частоту колебаний по первой гармонике.

Расчетная частота колебаний может быть использована для прогнозирования присоединенных масс и объемов образующихся при эксплуатации дорог трещин, пустот и зон повышенной влажности в слоях основания.

 

Список используемых источников

1. Проказов Н. Развенчанные мифы // Автомобильные дороги – 2009. - № 12. - С. 12 – 14.

2. Смирнов А.В., Илиополов С.К., Александров А.С. Динамическая устойчивость и расчет дорожных конструкций. Учеб. пособие. – Омск:  СибАДИ, 2003. - 188с.

3. Шнеерсон М.Б., Потапов О.А., Гродзенский В.А. и др. Вибрационная сейсморазведка. Под ред.  Шнеерсона М.Б. – М.: Недра, 1990.-240с.

4. Александров А.С., Александрова Н.П., Кузин Н.В., Андреева Е.В. Моделирование поведения слабых оснований насыпей промысловых дорог при воздействии повторяющихся динамических нагрузок. // Дороги и мосты. Сборник. ФГУП РОСДОРНИИ.-М., 2006, выпуск 16/2 – С. 73-85.

Основные термины: слоев основания, дорожных конструкций, частоты колебаний, частоты колебаний основания, слоев основания дорожных, свободных колебаний, Зависимость частоты колебаний, упругости материала основания, основания дорожных конструкций, состояния дорожных конструкций, частота колебаний, модуля упругости, модуля упругости материала, технического состояния дорожных, основания дорожных одежд, модуля слоев основания, Прогибы слоев основания, колебаний нижележащих слоев, частоты колебаний нормальным, прогибов слоев основания

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle