Теоретичні основи проектування капітального ремонту І реконструкції автомобільних доріг



Pdf просмотр
Сторінка4/8
Дата конвертації16.01.2017
Розмір5.13 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8
F
Д
— площа території акустичного дискомфорту, гас площа селітебної території на 1000 мешканців, га F
0
— площа селітебної території обстежуваного району, га ψ
Д
— коефіцієнт акустичного дискомфорту. Остаточну величину втрат від дії транспортного шуму визначають за формулою
Ш = Ш
1

2
.

(1.27) Витрати на реконструкцію дороги В
р
залежать від категорії автомобільної дороги і можуть бути знайдені як усереднена вартість для аналогічних об'єктів. За наведеними формулами та рекомендаціями можна встановити витрати суспільства в разі експлуатації дороги до реконструкції, і витрати, що матимуть місце після її реконструкції. Із наведеного видно, що економічна ефективність переведення системи з одного стану в інший залежить від числової характеристики параметрів підсистем «дорожні умови, транспортний потік, «середовище».
1.7. Вплив базових параметрів системи дорожні умови — транспортний потік середовище на швидкість руху одиничного автомобіля і транспортного потоку Вихідною характеристикою функціонування системи дорожні умови — транспортний потік — середовище є режим руху автомобілів. Однією з найважливіших характеристик режиму руху є швидкість, від якої залежить вартість автомобільних перевезень. Розглянемо вплив деяких базових параметрів системи ДУ — ТП — С на швидкість руху. Оскільки середня кривизна траси в плані під час реконструкції автомобільних доріг може змінюватися, доцільно розглянути взаємозв'язок між швидкістю руху і
коефіцієнтом, що характеризує середню кривизну траси. Якщо розглядати рух автомобіля на ділянці дороги ξ, що складається з прямої вставки b і колової кривої ξ - b, то величина прискорення в межах кривої буде
2
v
b
a
(1.28) де τ — кут повороту траси, рад
V
— швидкість руху автомобіля, км/год.
Кривизна траси в плані, як правило, зумовлює зниження швидкості руху, тому при в'їзді автомобіля на криву вираз (1.28) слід брати зі знаком мінус. Після підставляння у формулу (1.28) значення

dt
dv
a
рівняння набуде вигляду

2
v
b
dt
dv
(1.29)

або
dt
b
v
dv
2
(1.30) Проінтегруємо ліву і праву частини рівняння (1.30). Швидкість руху автомобіля на коловій кривій з урахуванням прямої вставки, приєднаної до кривої, визначимо як
0 0
0
t
t
v
b
b
v
v
(1.31) Одержана залежність дає змогу враховувати під час визначення швидкості руху автомобіля наявність наприкінці прямолінійних ділянок колових кривих, вплив яких особливо відчутний зі зменшенням радіуса. Якщо довжина прямої вставки дорівнює нулю, то формула (1.31) набуває такого вигляду
0 0
0
t
t
v
v
v
(1.32) Розділивши чисельник і знаменник формули (1.32) на величину ξ , одержимо вираз для визначення швидкості руху автомобіля з урахуванням коефіцієнта К
П
:
0 0
0 1
t
t
K
v
v
v
П
(1.33) Можна припустити, що зниження швидкості на кривій відбувається до певного місця. Це зниження відбуватиметься доти, доки водій не побачить кінець кривої і початок прямої вставки. За відсутності перешкоду вигляді транспорту водій набирає швидкість до швидкості руху на прямих ділянках. Для визначення швидкості руху автомобіля націй ділянці вираз (1.28) беруть зі знаком плюс. Аналогічними перетвореннями виразу (1.28) одержимо залежність для визначення швидкості руху на ділянці виїзду автомобіля з кривої
0 0
0
t
t
v
b
b
v
v
(1.34) де
V
— швидкість руху автомобіля, км/год.
За b = 0 вводять параметр траси К
п
, тоді формула (1.34) набуває вигляду
0 0
0 1
t
t
K
v
v
v
П
(1.35) Зміна ширини проїзної частини, яка є одним із нестійких базових параметрів, істотно впливає на формування режиму руху транспортного потоку. Потік, що складається з великої кількості автомобілів із різними динамічними властивостями, належить до категорії масових явищі може бути схарактеризований режимом руху. Під режимом руху слід розуміти мінімальну систему параметрів, які дають змогу моделювати такі характерні особливості потоку, як інтенсивність руху, щільність потоку, швидкість автомобілів і їх розподіл по ширині проїзної частини. Головними показниками режиму руху, які побічно впливають на інші показники, є інтенсивність та склад руху. Зафіксованої інтенсивності руху режим формується під впливом різних чинників, які у кінцевому рахунку визначають розподіл швидкостей автомобілів, за допомогою якого й можна оцінювати режим руху. Тому під час дослідження режимів руху великого значення набуває вивчення розподілу швидкостей автомобілів. Аналіз залежностей, одержаних у результаті спостережень і наведених нарис, дає змогу узагальнити закономірності формування режимів руху автомобілів на дорозі з шириною проїзної частини 10,5 м. Оцінивши результати заданими візуальних спостережень, дійдемо висновку, що взаємодія технічних склад, інтенсивність руху, ширина проїзної частини) і психологічних (бажання кожного водія рухатись із деякою оптимальною для нього швидкістю) чинників спричинює виникнення складного коливального процесу змін параметрів руху, в якому можна простежити три періоди. Рис. 1.7. Розподіл швидкості руху автомобілів у разі зміни інтенсивності руху
1. Стабільний період з інтенсивністю руху N < 650 авт/год. На смугах руху існує достатня кількість проміжків між автомобілями, в які можуть заходити автомобілі для здійснення обгону з використанням смуги зустрічного руху. Середньовиважена швидкість потоку стабільна.
2. Критичний період з інтенсивністю руху 650 < N < 750 авт/год. Смуги руху настільки насичені автомобілями, що наявність проміжків між ними набирає характеру випадкового явища з помітною флуктуацією. Обгони утруднені, тому що водії не завжди можуть використати смугу зустрічного руху для здійснення маневру і в цих випадках змушені обмежуватися центральною смугою, на якій мають місце зустрічні обгони. Змінна обстановка робить режим руху нестійким, середньовиважена швидкість потоку помітно падає. Цей період
дістав назву перехідного.
3. Псевдостабільний період з інтенсивністю руху N > 750 авт/год. На смугах зустрічного руху проміжки між автомобілями практично відсутні. Маневр обгону утруднений. Водії обох зустрічних потоків для прискорення руху змушені проїжджати центральною смугою, намагаючись вчасно влитися у свій потік. У результаті цього центральна смуга відбирає з потоків частину автомобілів, у той час як нові автомобілі, які в'їжджають на дорогу, поповнюють їх кількість. Цей процес відбувається нерегулярно і викликає пульсацію поздовжньої щільності і швидкості автомобілів, що призводить до коливань режиму руху. Середньовиважена швидкість небагато підвищується, але не досягає рівня стабільного періоду. Амплітуда коливань поступово згасає, засвідчуючи тенденцію переходу до колонного руху. Цей потік названо
трирядним. Результати досліджень характерні для транспортного потоку, що складається з 20 - 25 % легкових і 75 - 80 % вантажних автомобілів. Вони вказують на ту величину інтенсивності, за якої слід переходити до багатосмугових доріг, тобто система дорожні умови — транспортний потік — середовище може бути переведена в інший стан.
1.8. Урахування витрат пального автомобілями в проектних рішеннях щодо реконструкції доріг Заходи з охорони навколишнього середовища в основному мають бути спрямовані на зменшення викидів шкідливих речовин автомобільним транспортом в атмосферне повітря. Проте зменшення загазованості в придорожній смузі — неєдиний позитиву розв'язанні цього завдання. Паралельно з цим вирішується не менш важливе завдання — економія пального. Пошук шляхів зниження витрат пального і зменшення забруднення придорожньої смуги особливо актуальний під час реконструкції доріг, де проектні рішення, пов'язані з необхідністю максимального використання
існуючої дороги. Відомі складі інтенсивність руху на дорозі, що підлягає реконструкції, дають змогу ґрунтовніше підходити до вибору проектних рішень. Вплив режиму роботи двигунів легкових і вантажних автомобілів на витрати пального в різних експлуатаційних умовах вивчено досить детально. Найбільший вплив на витрати пального чинять такі базові параметри системи дорожні умови — транспортний потік — середовище, як середня кривизна в плані і поздовжньому профілі автомобільної дороги. Тому одним із можливих шляхів поліпшення дорожніх умову процесі реконструкції є зменшення звивистості траси автомобільної дороги, оскільки надмірна кривизна траси в плані спричинює збільшення витрат пального. Якщо автомобіль рухається з постійною швидкістю на двох ділянках дороги, що характеризуються різними коефіцієнтами кривизни К
п1
і К
п2
(при цьому мають місце різні кути повороту траси τ
1
і τ
2
), то на подолання першої ділянки треба використати Q
1
літрів пального, а на проїзд другої — Q
2
літрів. Для визначення витрати пального у цьому разі можна скористатися формулою
1 2
1 2
1 2
П
П
К
K
Q
Q
(1.36)
Додаткові витрати пального ΔQ з урахуванням більшої середньої кривизни на одній з ділянок дороги можна визначити за залежністю
1 2
1 1
2 1
П
П
К
K
Q
Q
(1.37) Очевидно, що зі збільшенням середньої кривизни автомобільної дороги в плані збільшуються і витрати пального. На витрати пального також впливає і середня кривизна дороги в поздовжньому профілі, яка характеризується коефіцієнтом К
ш
. Для визначення витрат пального з урахуванням кривизни у поздовжньому профілі використовують вираз
100
/
100 100 1
,
0 2
1
Q
Q
Q
(1.38) де
/
100
Q
— витрати пального залежно від середньої кривизни дороги у поздовжньому профілі, л км. Величину
/
100
Q
визначають за формулою
2 1
2 2
2 2
4
/
100 4
64 225 8
15 2
6
,
3 10 6
,
3
ВГН
ОП
w
ВГН
ОП
w
w
r
e
R
R
К
R
R
K
bK
f
G
KFv
q
Q
(1.39) де q
е
— питома витрата пального, г/(л-с); г — коефіцієнт корисної дії трансмісії
V
— швидкість руху автомобіля , км/год; F — лобова площа автомобілям К — коефіцієнт обтічності, кгс
2

2
; G — повна маса автомобіля, кг f — коефіцієнт опору коченню b — довжина прямої вставки на підйомі, км
R
ОП
— радіус опуклої кривої, км R
ВГН
— радіус вгнутої кривої, км. Витрати пального для вантажного автомобіля ЗІЛ-130, який повністю завантажений і рухається зі швидкістю 50 км/год, залежно від кривизни поздовжнього профілю дороги наведено нарис. Потрібного значення К
ш
під час проектування реконструкції автомобільної дороги можна досягти нанесенням проектної лінії заданого похилу, підбиранням відповідних значень радіусів опуклих і вгнутих кривих і довжини прямих вставок на підйомах. Незмінність коефіцієнта К
w
, що характеризує середню кривизну траси в поздовжньому профілі, засвідчує постійність витрати пального автомобілем в разі проїзду даної ділянки дороги. Швидкість руху при цьому має бути сталою. Часте перемикання передач ускладнює керування автомобілем, прискорює зношення двигуна, механізму зчеплення коробки передач, автомобільних шин. Тому під час реконструкції доріг слід проектувати такий поздовжній профіль, який потребував би найменшого числа перемикань передач за заданих швидкостей руху.
Рис. 1.8. Залежність витрати пального від кривизни поздовжнього профілю дороги Отже, зниження витрати пального можна досягти зменшенням зміни дорожніх опорів по довжині дороги регулюванням і забезпеченням дорожніми умовами швидкостей руху, близьких до найсприятливіших за витратами пального досягненням такого поєднання поздовжніх похилів доріг, за якого найповніше використовувалася б кінетична енергія автомобіля. Незалежно від якості траси істотний вплив на зменшення витрат пального чинить рівність дорожнього покриття, що також слід враховувати під час проектування реконструкції автомобільних доріг.
1.9. Математичне моделювання поширення у просторі легких і важких складових відпрацьованих газів Зниження рівня загазованості атмосфери можна досягти удосконаленням конструктивних рішень автомобілів, надійної роботи автомобільного транспорту та поліпшенням дорожніх умов. Оскільки поліпшення дорожніх умов пов'язане з переведенням системи ДУ - ТП - С з одного стану в інший, одночасно мають бути розроблені заходи щодо зменшення таких параметрів, як шум, витрати пального та викиди шкідливих речовину навколишнє середовище. Між підсистемами транспортний потік і середовище існує взаємозв'язок у вигляді споживання автомобілями кисню, з одного боку і
викидання відпрацьованих газів та інших продуктів згоряння пального — з іншого. У свою чергу, підсистема середовище впливає на підсистеми транспортний потік і дорожні умови, які значною мірою зумовлюють кількість шкідливих викидів автомобільним транспортом у повітря. Оцінити забруднення придорожньої смуги відпрацьованими газами можна математичним моделюванням цього процесу. Розроблено математичні моделі поширення у придорожній смузі легких складових відпрацьованих шкідливих газів (оксидів вуглецю, азоту та вуглеводнів) і важких складових типу сполук свинцю, сажі тощо. За такими моделями можна встановити характер поширення шкідливих
речовину просторі, що дасть змогу впровадити науково обґрунтовані заходи щодо охорони навколишнього середовища в проектах реконструкції доріг. Крім того, такі моделі допоможуть встановити вплив природних і метеорологічних чинників на процес поширення викидів. Інтенсивність забруднення придорожнього простору легкими складовими відпрацьованих газів типу СО можна подати функцією
v
wz
wt
z
z
vt
wt
z
z
vt
vt
y
y
t
e
e
e
v
A
t
z
y
0 2
0 2
0 2
0 4
1 4
1 4
1 4
,
,
(1.40) Транспортний потік у відповідних дорожніх умовах є постійним джерелом забруднення атмосфери, що може істотно впливати на вибір траси під час будівництва чи реконструкції дороги. Важливим елементом дослідження є встановлення рівня забруднення прилеглої до дороги місцевості в широтному напрямку, перпендикулярному до напрямку руху. Для моделювання процесу поширення викидів вважатимемо, що джерело забруднення (викидна труба автомобіля) знаходиться в точці з координатами у = у
0
і z =z
0
. Координата z
0
характеризує розміщення джерела забруднення по висоті, а координата у
0
— в напрямку, перпендикулярному до крайки проїзної частини дороги. Тоді рівняння перенесення і дифузії легких складових відпрацьованих газів можна записати у вигляді
0 0
2 2
2 2
z
z
y
y
A
dz
d
v
dy
d
dz
dy
w
dy
d
v
dt
d
(1.41) де А — щільність джерела за початкової та кінцевих умові дельта-функції, наприклад
0 1
0
y
y
за
0 0
y
y
y
y
V
- швидкість вітру по осі у, м/с; w — швидкість вітру по осі z , мс
δ — коефіцієнт поглинання, який враховує той факт, що в процесі поширення частина субстанції вступає в реакцію із зовнішнім середовищем або розпадається μ — горизонтальний коефіцієнт дифузії
V
— вертикальний коефіцієнт дифузії висота поширення аерозольної субстанції вздовж осі z, м b — ширина смуги поширення аерозольної субстанції вздовж осі у, м; у, z — координати точки, в якій визначають рівень забруднення легкими складовими відпрацьованих газів, м (ордината у змінюється від 0 до b; апліката z — від 0 до
Н); t — час поширення газів, с. Крім поширення легких складових відпрацьованих газів із вихлопними газами у повітря викидаються й важкі елементи типу сажі і свинцю. Тому потрібно створити математичні моделі, які б характеризували рівень забруднення і поширення важких складових відпрацьованих газів в придорожній смузі. Одержані залежності будуть обґрунтуванням траси дороги та розробки заходів щодо зниження забруднення прилеглих до дороги територій у населених пунктах. Моделі, що описують поширення важких складових газів у придорожній смузі однаковою мірою придатні для визначення будь-яких важких аерозолів. При цьому виходили з таких передумов. Поширюючись в атмосфері, важкі складові відпрацьованих газів (сажа, свинець) дифундують і під дією сили ваги
опускаються на поверхню землі. Швидкість такого опускання визначають за формулою Стокса, вона е сталою величиною в напрямку згори вниз. Якщо W
q

— абсолютна величина вертикальної швидкості осідання часточок важких аерозолів під дією сили ваги, то в рівнянні (1.41) перенесення аерозолів з являється новий доданок—
dz
d
W
q

)
,
,
(
)
(
)
(
2 2
2 2
2 2
z
y
x
f
dz
d
v
dy
d
dx
d
dz
d
W
W
dy
d
v
dx
d
U
dt
d
q
(1.42) за початкових і граничних умов де α — функція, що характеризує взаємодію домішок із підстильною поверхнею. Рівняння переміщень важких складових розв'язано зі спрощеннями і граничними умовами, які відповідають справжньому стану дороги і навколишнього середовища (дорога й атмосфера чисті, тобто Залежність інтенсивності забруднення території свинцем (рис. 1.9) чи іншими важкими складовими в придорожній смузі можна записати так
0
)
(
4 1
)
(
4 1
4 1
2 0
2 0
2 0
4
,
,
z
y
W
W
e
e
e
v
A
t
z
y
q
t
W
W
z
z
vt
t
W
W
z
z
vt
vt
y
y
t
qg
qg
(1.43) де W
q
— швидкість осідання часточок свинцю (мс, яку визначають за формулою Стокса
2 2
10 3
,
1
п
П
q
r
W
(1.44) п щільність часточок свинцю, г/см
3
; r п
— радіус часточок свинцю, мкм.
Рис. 1.9. Забруднення придорожньої території свинцем за інтенсивності руху 300 (1), 500 (2) і 700 (3) авт/год Отже, реконструкцію автомобільних доріг слід проводити з урахуванням впливу підсистеми транспортний потік на підсистему середовище через газошумове забруднення навколишнього середовища. Наведені раніше моделі для визначення інтенсивності забруднення придорожньої смуги можна вико-
ристати для обґрунтування такого базового параметра системи ДУ - ТП - Сяк смуга відведення. Велику роль відіграє джерело забруднення. Потужність джерела забруднення автомобіля — залежить від багатьох чинників і насамперед від типу автомобіля, його технічного стану і швидкості руху. Встановлені проф. Ю.Ф. Гутаревичем залежності викидів шкідливих складових викидних газів від швидкості руху (за опору коченню f= 0,016) показують, що з огляду мінімуму питомих витрат пального і викидів шкідливих речовин найекономічнішою є швидкість руху автомобілів 50 км/год (рис. 1.10). Мінімум викидів оксиду вуглецю СО спостерігається за швидкості 55 - 65 км/г. Виявлено також, що викиди оксидів вуглецю і вуглеводнів не мають чітко визначеного мінімуму і збільшуються зі зростанням швидкості руху. Наведені дані можна використати для встановлення впливу звивистості траси на забруднення придорожнього середовища. Рис. 1.10. Виплив швидкості руху
V
на величину пробігових викидів

т
Н
п
, СО) і витрату пального С
п автомобілем ЗІЛ-130 1.10. Вплив кривизни траси дороги на безпеку руху Заданими літературних джерел, криві в плані є місцем зосередження 10 -
12 % дорожньо-транспортних пригод, причому їх число тим більше, чим менші радіуси кривизни. На вертикальних опуклих кривих місцем зосередження ДТП є ділянки, розміщені за вершинами кривих, особливо в умовах недостатньої видимості. З недостатньою видимістю найчастіше пов'язані ДТП при обгонах автомобілів на горизонтальних і вертикальних кривих. Обмеження видимості на криволінійних ділянках доріг відбивається не тільки на збільшенні числа ДТП, ай на погіршенні транспортно- експлуатаційних якостей доріг, оскільки швидкість транспортного потоку знижується зі зменшенням видимості. Ще більше ДТП виникає на ділянках доріг із суміщеними горизонтальними і вертикальними кривими. Взявши останнє до уваги, для визначення числа ДТП, що залежать від кривизни траси, скористаємося спеціальним параметром Р, який є функцією середньої кривизни траси дороги в плані і поздовжньому профілі

2 2
5
,
0
w
h
K
K
P

(1.45) де К
h
— середня кривизна дороги у плані, рад/км (див. формулу (1.12));
К
w
— середня кривизна дороги у поздовжньому профілі, рад/км (див. формули
(1.13) і (1.14)). У розгорнутому вигляді

2
/
/
2 5
,
0
k
b
k
b
P
(1.46) або
L
P
2 2
5
,
0
(1.47) де τ і Θ — кути зламу траси дороги відповідно у плані і поздовжньому профілі, рад. Безпеку руху на ділянках доріг можна оцінити числом ДТП, яке визначають за формулою
6
//
10
T
NL
Z
U
i
r
(1.48) де U
r
— число ДТП, пригод млн авт-км; Z
//
— число ДТП за період Т
L
i
— довжина ділянки дороги, км Т — період спостережень
N— середньодобова інтенсивність руху, авт/добу. З урахуванням спеціального параметра формула (1.48) набуває вигляду
2 2
6
//
5
,
0 10
NT
P
Z
U
r
(1.49)
Крім того, у формулу (1.48) замість Z" підставимо Z" = f(P). Для отримання залежності Z" = f(P) проводили аналіз ділянок доріг III категорії, на яких були зафіксовані ДТП. Систематизували і приймали для подальшої обробки тільки ті ДТП, причиною яких були криві в плані і поздовжньому профілі та прямолінійні ділянки, що прилягають до них. Аналіз ділянок дороги, де було зафіксовано ДТП, їх число, а також дані про параметри Р, які відповідають цим ділянкам, дали змогу встановити залежність числа ДТП від параметра траси

Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал