книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

Параметр степень плотности макрошероховатости описывает горизонтальную линейную характеристику плотности распределения щебня.

Значение правого катета (высота выступов шероховатости) трехкомпонентной диаграммы (см. рис. 3.25) в новой редакции ОДМ называется по-другому – средняя глубина впадин макрошероховатости Racp. Этот геометрический параметр также отвечает за линейную характеристику поверхности, но уже по нормали к поверхности.

Параметр основания треугольника (плотность элементов шероховатости) тоже называется теперь иначе – среднее число зерен щебня m, которое определяется количеством щебня в стандартной рамке 10×20 см. Этот параметр отвечает за объемную характеристику контакта щебня с поверхностью шины.

Используя эти три новых геометрических параметра макрошероховатости поверхности дорожного покрытия, строим уточненную трехкомпонентную диаграмму (триграмму) для предварительной оценки коэффициентов сцепления (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Триграмма для предварительной оценки коэффициентов сцепления с помощью геометрических параметров макрошероховатости

181

Вычисление осуществляется аналогично предыдущей трехкомпонентной диаграмме.

Например [102]:

–среднее число зерен щебня m = 50 шт/дм2;

–средняя глубина впадин макрошероховатости Raср = 9 мм;

–степень плотности макрошероховатости ρ = 0,4.

Пересечение полученных линий дает точку О, которая определяет сектор в трехкомпонентной диаграмме с гарантированными коэффициентами сцепления. Например, для нашего случая коэффициент сцепления будет гарантированно φ > 0,5 даже при плохом состоянии покрытия (дождь, грязь и т.п.) [102].

Необходимо отметить, что каждый параметр диаграммы по-своему отвечает за взаимодействие процессов, протекающих в области контактов шин с дорожной поверхностью покрытия при движении автомобиля.

Недостатком данной диаграммы является то, что она использует средние значения макрошероховатости. Вычисление данных параметров трудно автоматизировать при большом количестве измерений.

Стороны трехкомпонентной диаграммы могут отвечать за три новые относительные геометрические характеристики, принятые также в проекте ОДМ «Рекомендации по проектированию макрошероховатых дорожных покрытий».

Степень плотности макрошероховатости отвечает за физический смысл макрошероховатости по длине (разнодлинность), средняя глубина впадин макрошероховатости отвечает за нормаль к поверхности (разноглубинность, разновысотность). Оценкой этих параметров является среднеквадратическое отклонение (дисперсия).

Основание диаграммы отвечает за объемную характеристику (сегрегацию или знакочередование), что может оцениваться коэффициентом корреляции.

Поэтому по мере накопления новых данных об использовании этих характеристик (по соотношению их с коэффициентом сцепления) появится возможность построения новой, более уточненной трехкомпонентной диаграммы, основанной на более информативных относительных геометрических параметрах.

Относительные геометрические параметры легко определяются с помощью специального оборудования, установленного на передвижных дорожных лабораториях, что позволяет автоматизировать вычислительные процедурыиповысить точность оценкикоэффициента сцепления.

182

Выводы по разделу 3

1.С помощью статистических или аналитических методов можно создать математическую модель геометрии изучаемого участка автомобильной дороги. Аналитические модели предполагают полную детерминированность цифровых рядов моделей. Но реальную цифровую модель невозможно практически точно построить с помощью детерминированной модели. При этом, как правило, происходит усложнение ее математического описания в виде дифференциальных уравнений. Кроме того, увеличивается размерность модели. Поэтому для исключения трудоемкого детального описания применяют вероятностно-статистический метод моделирования, например метод корреляционного анализа.

2.Формализованы способы знаковых алгоритмов идентификации участков сегрегации и выделения детерминированных составляющих для различных объемов текущих выборок отклонений, определены их эффективные технологические режимы применения. Все рассмотренные виды пульсирующих адаптивных коррекций с переменными приращениями (пропорциональные и знаковые) компенсируют детерминированную и частично коррелированную составляющие. Разработана программа математического моделирования знаковой адаптивной коррекции уровня размерной настройки автоматизированной дорожной машины.

3.В настоящей работе использован методический подход Невель- сона-Катковника, который заключается в разделении числового ряда

измеренного параметра на детерминированную, коррелированную и собственно случайную составляющие. Предлагается новое представление разделения числового ряда на фукциональную разноволновую составляющую и активную случайную составляющую.

4. Проведены экспериментальные исследования по оценке дисперсии разброса активных выступов макрошероховатости на выбранных участках дорожных покрытий. Исследованы особенности разновысотности, разноглубинности и разнодлинности неровностей, их распределение. Разработан экспериментальный стенд для исследования параметров шероховатости на основе лазерного датчика перемещений

вдиапазоне измерения 250–300 мм.

5.Обработка результатов проводилась с помощью модернизированной программы «Шероховатость 2015». Статистическая обработка

183

проводилась с помощью программы EXSEL. Фотографии участков эксплуатируемых покрытий автомобильных дорог, полученные в цифровом виде, обрабатывались с помощью специальной компьютерной программы, которая позволяет исследовать износ шероховатой поверхности по площади контактных площадок зерен щебня.

6.Достигнут новый научный и производственный эффект определения параметров ровности длинных волн автомобильных дорог до 200 м на скорости передвижной дорожной диагностической лаборатории 110 км/ч, при этом в числовой ряд показателя ровности важной составляющей вошла случайная составляющая макрошероховатости дорожного покрытия.

7.Анализ полученных числовых рядов позволил подтвердить ги-

потезу о наличии в числовом ряде активной макрошероховатости

иразновысотности активных высот выступов дополнительной периодической составляющей и зарегистрировать факт уменьшения разновысотности для конкретного участка ездового полотна. Длина полуволны оказалась попадающей в диапазон 0,4–0,8 м.

8.Проведены эксперименты по снятию параметров микрошероховатостей асфальтового покрытия и созданию 3D-модели поверхности. Трехмерное моделирование макрошероховатых дорожных покрытий выглядит как процесс по автоматизированному созданию трехмерной математической модели макрошероховатости дорожного покрытия на основании результатов измерения координат точек их поверхностей

вдвижении и во время остановки. Графический формат позволяет реализовать представление пространственных данных. При этом показатели макрошероховатости рассчитываются автоматически по данной методике, с использованием численной базы данных 3D-модели.

9.Разработано автоматизированное рабочее место анализа сигналов со средств измерения ПКРС-2У, которые поступают на АЦП и на центральный процессор компьютера автоматизированного дорожного сканера, где приводятся в единую структуру и форму по базе времени

идлине пути или координате позиционирования. В автоматизированной информационно-аналитической системе проводится спектральная фильтрация и выделение разнодлинных и разномакрошероховатых составляющих, информация о которых передается в трехконтурную систему управления, где принимаются требуемые управленческие реше-

ния [8].

184

10. Уточнена трехкомпонентная диаграмма, стороны которой отвечают за три новые относительные геометрические характеристики. Степень плотности макрошероховатости отвечает за физический смысл макрошероховатости по длине (разнодлинность), средняя глубина впадин макрошероховатости отвечает за нормаль к поверхности (разноглубинность, разновысотность). Оценкой этих параметров является среднеквадратическое отклонение (дисперсия). Основание диаграммы отвечает за объемную характеристику (сегрегацию или знакочередование), что может оцениваться коэффициентом корреляции.

4. ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАКРОШЕРОХОВАТОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, УСТРОЙСТВЕ И КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА

4.1. Классификация макрошероховатых дорожных покрытий

Главных способом повышения сопротивления скольжения шины и тем самым выполнения требуемого значения коэффициента сцепления согласно ГОСТ 30413 и ГОСТ Р 50597 является создание макрошероховатости.

Минимальные допустимые значения (в течение срока эксплуатации) для коэффициента сцепления установлены следующие: 0,28 (легкие), затрудненные 0,3; опасные 0,32 [11]. Для обеспечения безопасности движения изменение коэффициентов сцепления по поперечному профилю не может превышать значения 0,1.

Классификация макрошероховатых дорожных покрытий производится по параметру макрошероховатости σаср, и типам макрошероховатых дорожных покрытий, приведенным в табл. 4.1.

Основные виды макрошероховатых дорожных покрытий, соответствующие типам макрошероховатости, приведены в табл. 4.2 [102].

Для снижения вибрации и шума от движения транспорта по дороге шаг шероховатости рекомендуют выбирать меньше 40 мм, кроме специальных шумовых полос.

Для снижения уровня шума от проезжающего транспорта крупношероховатые дорожные покрытия не рекомендуется применять в пределах населенных пунктов.

185

Таблица 4.2

Классификация дорожных покрытий по типу макрошероховатой структуры

Принимая во внимание условия движения [68], предлагаем классифицировать степень макрошероховатости по обеспеченному коэффициенту сцепления.

Классификация дорожных покрытий по уровню макрошероховатости приведена в табл. 4.3.

186

4.2. Требования к поверхности дорожных покрытий

Технические свойства характеризуются параметрами, закладываемыми на стадии проектирования поверхности покрытия с учетом некоторой перспективы службы, обеспечивающими допустимое ухудшение свойств за счет износа покрытия под воздействием возрастающей грузонапряженности движения, природно-климатических факторов и деятельности до- рожно-эксплуатационнойслужбыпосодержаниюиремонту дороги.

Таблица 4.4

Требуемые характеристики макрошероховатых дорожных покрытий [41, 113]

Примечание. В числителе указаны значения параметров на начало эксплуатации покрытия, в знаменателе – с учетом допустимого эксплуатационного состояния при неблагоприятных погодно-климатических условиях в процессе эксплуатации.

188

Эксплуатационное состояние покрытия характеризуется параметрами, складывающимися в процессе его эксплуатации под воздействием нагрузки от транспортных средств и природно-климатических факторов. Потребительские качества покрытий и обеспечивающие их технические характеристики приведены в табл. 4.4.

Требования к шероховатой структуре поверхности покрытий в зависимости от участка дороги приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Требования к шероховатой структуре поверхности покрытий в зависимости от условий движения [41, 113]

189

Окончание таблицы 4.5

Примечания: * Принимается по табл. 46 СНиП 2.05.02–85; ** Принимаются покрытия, рекоментуемые по табл 31,32 и 33 СНиП.05.02–85 с соответствующей шероховатостью.

4.3. Подходы к проектированию макрошероховатого слоя дорожного покрытия

Критериями проектирования шероховатого слоя дорожного покрытия являются:

–минимально необходимый коэффициент сцепления шины автомобиля с поверхностью покрытия, гарантирующий возможность движения автомобиля с разрешенной скоростью, а также возможность остановки на расстоянии допустимого остановочного пути (0,5 x V км/ч =

=Lост, м) или экстренного торможения без заноса, при неблагоприятном состоянии покрытия (мокрое, заснеженное) реализуется определенным уровнем шероховатости;

–максимально допустимый коэффициент сопротивления движению (коэффициент сопротивления качению шины автомобиля по покрытию), обеспечивающий движение автомобиля с разрешенной скоростью при нормативной загрузке реализуется определенным уровнем шероховатости;

–прочность и устойчивость поверхностного слоя покрытия при воздействии нормативной нагрузки от движущихся автомобилей и меняющихся природных факторов (вода, температура) реализуется прочностью структуры поверхностного слоя и прочностью в связи с нижележащим слоем дорожной одежды;

–износостойкость характеризует долговечность сохранения эксплуатационных свойств поверхностного слоя под воздействием автомобильной нагрузки, природных факторов и технологических воздей-

190