Автор: Шинкоренко Евгений Юрьевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №11 (115) июнь-1 2016 г.

Дата публикации: 03.06.2016

Библиографическое описание:

Шинкоренко Е. Ю. Анализ составляющих изменения параметров шероховатости слоев износа покрытий автомобильных дорог // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 545-549.



В статье рассмотрено влияние различных составляющих на изменение параметров шероховатости слоев износа и поверхностных обработок дорожных покрытий и предложено аналитического решение для расчета средней глубины впадин и средней высоты выступов.

Ключевые слова: слой износа, параметры шероховатости, дорожное покрытие

Безопасность движения является одним из важнейших потребительских свойств автомобильных дорог и зависит от ряда транспортно эксплуатационных показателей, таких как коэффициент сцепления шины с покрытием, продольной и поперечной ровности, прочности дорожной одежды. Диагностика автомобильных дорог показывает, что состояние федеральных дорог плачевно на 50 % их протяженности. Негативную тенденцию ухудшения состояния дорог и снижение их потребительских свойств связывают с возросшими нагрузками и применением устаревших методов проектирования дорожных конструкций [1]. Поэтому специалисты в области расчета дорожных одежд предпринимают попытки модификации традиционных способов расчета. Например, в работах [2–5] обращается внимание на то, что проектирование асфальтобетонных выполняется по первой теории прочности, разработанной Г. Галилеем в 17 веке. В публикациях [6–10] отмечены недостатки критерия Кулона–Мора, положенного в основу традиционного метода [1] расчета дорожных конструкций по сдвигу в грунте, и предприняты попытки замены этого условия пластичности другим более жестким критерием. Благодаря таким исследованиям появились модифицированные методы расчета касательных напряжений в грунте земляного полотна [10], а также его методы расчета по критерию безопасных давлений [11–14]. Авторы статей [15–21] и монографий [22, 23] пришли к выводу, что необходимо рассчитывать дорожные конструкции на прогнозирование пластических деформаций и динамические нагрузки. Пластические деформации можно использовать для расчета глубины неровности и сравнивать ее фактическое значение с предельными величинами, допускаемыми для дороги данной технической категории [24–26]. Авторы работ [27, 28] указывают, что традиционные решения о величине главных напряжений в грунтах и дискретных материалах [29, 30] имеют существенные недостатки, для устранения которых предложены модифицированные модели [31–33]. Таким образом, вопросы совершенствования методов расчета дорожных одежд достаточно глубоко прорабатываются, чего нельзя сказать о методах расчета шероховатых покрытий и прогнозировании изменения их параметров в процессе эксплуатации. Восполнение этого пробела является задачей публикации автора.

Экспериментальные исследования, выполненные на дорогах общего пользования [34–37] и автозимниках [38] c шероховатой поверхностью, выполненной посредствам устройства слоя износа, поверхностной обработке или примороженного фрикционного слоя, показывают, что коэффициент сцепления шины с покрытием во многом зависит от параметров шероховатости поверхности.

Из этого следует, что коэффициент сцепления шины с покрытием будет обеспечен, если параметры шероховатости не будут меньше некоторых предельных значений. Тогда примем, что работоспособное состояние шероховатой поверхности имеет место при выполнении условий:

; (1)

где RсрNT и НсрNT — фактические значения средней высоты выступов и средней глубины впадин шероховатости покрытия по завершению реализации N-го количества приложений транспортной нагрузки и прошествии Т суток.

Выполненный в работе [38] анализ вероятных причин потери слоем износа работоспособности показал, что срок службы этого конструктивного элемента обусловлен комплексным влиянием целого ряда погодно-климатических факторов и воздействием транспортных нагрузок, к которым относят:

  1. Снегозаносимость слоя износа и последующее формирование снежноледяного наката.
  2. Уменьшение средней высоты выступов, обусловленное деформациями втапливания зерен каменного материала в битумную подложку и асфальтобетонное покрытие, а также приработкой и шлифованием зерен каменного материала.
  3. Отрыв и выкрашивание зерен.

Учитывая сложность изложения такого большого количества задач в настоящей работе рассмотрим изменение параметров шероховатости в результате заносимости снегом. Толщину свежевыпавшего снега при заполнении впадин шероховатого покрытия в любой момент времени снегопада можно определить по формуле:

(2)

где сн — начальная интенсивность снегопада, определяемая опытным путем, мм/ч; асн — изменение интенсивности снегопада в ед. времени, мм/ч2; Т — продолжительность снегопада, ч; пз — количество зерен в пределах площадки, на которой необходимо произвести определение толщины выпавшего снега; Rз — средняя высоты выступов шероховатостей покрытия, мм; Fз — средняя площадь сечения зерна, мм2.

Количество зерен, расположенных в пределах некоторой площади, можно найти по формуле:

(3)

где Нр — норма расхода щебня без учета различного вида потерь для устройства поверхностной обработки на площади х, м3/(хм2); н и и — насыпная и истинная плотности щебня, т/м3; Vщ — объём одной щебёнки, м3.

Для оценки влияния толщины наката на изменение параметров шероховатости рассмотрим определение этих параметров методом «песчаное пятно» до снегопада и после завершения процесса формирования наката. Пусть в пределах некоторого объема цилиндра Vц находятся объемы песка и каменного материала. Тогда объем песка в песчаном пятне определим по формуле:

(4)

где hнм — высота не вмороженной части зерна, мм; Vзнм — объем не вмороженной части одного зерна усредненных размеров.

С учетом формулы (3) выражение (4) запишем в виде:

(5)

Размеры зерен определяются в зависимости от размеров сит, из условия чтобы зерно проходило в ячейку сита усредненного по составу фракций размера. Из условия прохождения кубовидного зерна сквозь сито его размер определяется по формуле:

(6)

где dci — диаметр ячейки i-ого сита, мм.

Тогда начальная (до снегопада) глубина впадин и высота выступов шероховатого покрытия из шарообразных зерен определяются по формулам:

(7)

(8)

При занесении впадин шероховатости снегом и образовании наката параметры шероховатости определяются по формулам:

(9)

(10)

Формулы (8) и (9) позволяют прогнозировать изменение параметров шероховатости при снегопаде. Правила расчета параметров шероховатости обусловленные втапливанием зерен в подложку рассмотрим в последующих публикациях, а изменение параметров шероховатости в результате отрыва зерен от покрытия проанализировано в статье [39].

Литература:

1. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. — 146 с.

2. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности// В сборнике:Политранспортные системыматериалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.

3. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.

4. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.

5. Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341.

6. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.

7. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.

8. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 42 (61). — С. 49–57.

9. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.

10. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.

11. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.

12. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.

13. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.

14. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 2. Предложения. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.

15. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.

16. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.

17. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.

18. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.

19. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.

20. Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255.

21. Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257.

22. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

23. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 1. Состояние вопроса. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.

24. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — С. 45–57.

25. Александров А. С., Гордеева С. А., Шпилько Д. Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа //Автомобильная промышленность. — 2011. — № 2. — С. 31–35.

26. Александров А. С., Александрова Н. П., Семенова Т. В. О проектировании шероховатости дорожных покрытий и дождевой канализации по условиям безопасности движения // Автомобильная промышленность. — 2008. — № 8 — С. 36–38.

27. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.

28. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.

29. Foster, С.R., Ahlvin R. G. Stresses and deflections induced by a uniform circular load. // Proc. Highway Research Board. — 1954. — Vol. 33. — P. 236–246.

30. Craig R. F. Soil Mechanics. — Seventh edition. Department of Civil Engineering, University of Dundee, UK. — Published by Taylor & Francis e-Library, London and New York, 2004. — 447 p.

31. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.

32. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.

33. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.

34. Астров В. А. Коэффициент сцепления и степень шероховатости дорожного покрытия. //Автомобильные дороги, 1970. № 10, — С. 22–24.

35. Васильев А. П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на условия движения. — М.: Транспорт, 1986, — 245 с.

36. Немчинов М. В. Проектирование и строительство дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. –М.: Издательство МАДИ, 1892.-144с.

37. Немчинов М. В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. — М: Транспорт, 1985.–231.с.

38. Александрова Н. П. Влияние свойств покрытий автозимников на срок службы примороженного фрикционного слоя / Автореф. … канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ, 2005. — 18 с.

39. Александрова Н. П. К вопросу расчета шероховатых покрытий на устойчивость зерен каменного материала // Материалы Международной научно-практической конференции Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура Омск, 21–23 мая 2003 г. — С. 67–69.

Основные термины (генерируются автоматически): расчета дорожных, дорожных одежд, параметров шероховатости, Долгих Г, изменение параметров шероховатости, земляного полотна, Александрова Н, расчета дорожных конструкций, расчета дорожных одежд, дорожных покрытий, Совершенствование расчета дорожных, сопротивлению сдвигу, грунте земляного полотна, главных напряжений, расчета главных напряжений, параметры шероховатости, нежестких дорожных одежд, Молодой ученый, зерен каменного материала, параметров шероховатости слоев.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос