Курсовая работа: Анализ прочности дорожной одежды

Введение

Решением правительства Российской Федерации от 10 января 1993 года создана федеральная целевая программа “Повышения безопасности дорожного движения в России”. Разработка этой программы связана с устойчивой тенденцией роста числа дорожно-транспортных происшествий в Российской Федерации.

Для обеспечения реализации этой Программы необходимо проведение исследований в области производства следственного осмотра и экспертизы дорожно-транспортных происшествий с учетом влияния геометрических и прочностных показателей дорог на аварийность. Такая постановка вопроса соответствует прямому подходу изучения причинно-следственной связи возникновения дорожно-транспортных происшествий.

На дорогах и городских улицах в Российской Федерации ежегодно гибнет от 30 тыс. чел. Более того, что несчастных случаев возрастает тревожными темпами: за пятилетний период с 1986 года по 1991 год число несчастных случаев увеличилось на 43%, смертных случаев – на 82%, травм – на 43%, причем увеличение интенсивности движения за эти же годы составило по дорогам Российской Федерации только 9%. Немаловажным является и тот факт,что на областных и местных дорогах число и тяжесть дорожно-транспортных происшествий столь же высоки, что и на дорогах федерального значения, несмотря на гораздо более низкую интенсивность движения по ним. Согласно статистики Федерального Дорожного Департамента от 15%до 20%дорожных происшествий ежегодно вызвано плохим состоянием дорог, наличием на дорогах участков с ограниченной видимостью, с малым радиусом кривых в плане и продольном профиле, с зауженной шириной покрытия, недопустимыми неровностями на покрытии, с отсутствием дорожной разметки и знаков, ограничивающих скорость, запрещающих обгон и т.д.

Высокий процент дорожно-транспортных происшествий, вызванный плохим состоянием дорог, предъявляет к экспертизе транспортных происшествий и следствию особые требования по выявлению степени влияния некачественного проектирования, строительства и эксплуатации дорог на возникновение той или иной аварии. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий призвана установить все причины и условия, способствовавшие транспортному происшествию, включая и причины, вызванные некачественной геометрией участка дороги, что полностью соответствует статье68 Уголовно-процессуального кодекса Российской Федерации. К сожалению, в процессе дознания и предварительного следствия не всегда глубоко и всесторонне исследуются все обстоятельства случившегося дорожно-транспортного происшествия, включая и плохое состояние дорог, что негативно сказывается на разработке мер по предупреждению дорожно-транспортных происшествий.

Раздел 1: Анализ состояния прочности дорожной одежды не жесткого типа

Цель: 1.Научиться прогнозировать темпы разрушения дорожной одежды.

2. Уметь определять фактический срок службы дорожной одежды.

1.1 Формирование исходных данных.

1. Фактические модули упругости дорожной одежды:

2. Продолжительность прогнозирования: t=2

3. Влажность активного слоя грунта земляного полотна: W=0.9W

4. Требуемый модуль упругости: E_тр =220 МПа

5. Тип дорожной одежды: капитальный тип с усовершенствованным покрытием.

Ход работы

1. В результате детального обследования прочности дорожной одежды не жесткого типа получены значения фактических модулей упругостей Е_i . Фактические модули упругости установлены по значениям упругого прогиба:

где Р-давление колеса расчетного автомобиля группы А, (МПа);

D-диаметр круга равновеликого следу колеса, (см);

µ-коэффициент Пуасона, (µ=0,3);

l_i -величина упругого прогиба.

2. Находим среднее значение эквивалентного модуля упругости на выделенном участке дорожной одежды:

где n-общее количество,(n=20).

3. Установим среднее квадратическое отклонение эквивалентного модуля упругости:

4. Коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости установим по формуле:

5. Сравниваем полученные расчеты Е_э с Е_тр .

6. В соответствии с продолжительностью прогнозирования требуемого модуля упругости определяем С_v ^тр : С_v ^тр =0,14

7. Определяем расчетное значение коэффициента γ:

γ-коэффициент учитывающий снижения однородности эквивалентного модуля упругости во времени.

Значение γ устанавливается в зависимости от W и C_v ^тр : γ=0,034

8. Определяем среднее квадратическое отклонение требуемого модуля упругости:

9. Устанавливаем минимальный модуль упругости дорожной одежды:

10. Определяем среднее квадратическое отклонение параметра Е_m :

11.Риск разрушения дорожной одежды устанавливаем по формуле:

Вывод: на период обследования дорожной одежда имеет разрушения 0,2 м² на каждые 1000 м² покрытия.

12.Срок службы дорожной одежды устанавливаем двумя способами.

Первый способ.

Определяется значение Е_э спустя 6,9 лет. После обследуется дорожная одежда:

Эта формула справедлива для капитальной дорожной одежды нежесткого типа.

t_н -коэффициент нормального отклонения, t_н =1,71;

γ-коэффициент учитывающий снижение Е_э со временем;

C_v ^э (t)-коэффициент вариаций Е_э через 6,9 лет после обследования.

Определяем значение силы эквивалентного модуля упругости после периода эксплуатации:

Темпы разрушения дорожной одежды через 6,9 лет установим по следующей формуле:

Установим допустимый уровень надежности: к_н =0,95

Определяем допустимую вероятность r* разрушения дорожной одежды:

r*=1-к_н =1-0,95=0,05

Выполняем вычисления r(t) до тех пор, пока r(t)=r*:

Фактический срок службы по первому способу равен 6,9 лет.

Второй способ.

Имеется выражение: Ф(U)= к_н -05=0,95-0,5=0,45

Определяем значение Ф(U) и по этому значению устанавливаем подынтегральную функцию.

Определяем фактический срок службы:

Фактический срок службы дороги по второму способу равен 6,9 лет.

Раздел 2: Оценка характеристики движения потоков автотранспортных средств

Цель:1.Определить среднюю скорость транспортного потока, V_N.

2. Определить среднюю плотность потока, q_N.

3. Определить пропускную способность одной полосы движения, Р.

2.1 Формирование исходных данных.

1.Интенсивность движения: N=120 авт/час.

2. Состав потока: а. легковые автомобили;

б. легкие грузовые автомобили: до 2т.;

в. средние грузовые автомобили: от 2 до 8 т.;

г. тяжелые грузовые автомобили: свыше 8 т.;

д. автопоезда.

3. Доли в потоке автотранспортных средств, С_i ,%: С₁ =30; C₂ =25; C₃ =20;C₄ =15; C₅ =10.

4.Коэффициент приведения Е_i : Е₁ =1; E₂ =1.73; E₃ =2.04; E₄ =2.54; E₅ =3.45.

5. Ширина проезжей части: 7,5 м.

Ширина кривой укрепительной полосы: 0,75 м.

Ширина укрепленных обочин: 3,5 м.

Количество полос движения: 2 шт.

6.Величина продольного уклона: i=-10‰

7. Учет дорожных условий: спуск.

8. Тип дорожной разметки: осевая сплошная линия.

2.2 Ход работы.

Для оценки характеристики движения рассмотрим теория следования за лидером. Согласно этой теории средняя скорость транспортного потока V_н устанавливают по следующей формуле:

где V_св -скорость свободного движения, км/ч;

N - интенсивность движения, км/ч;

q₀ ^зат – плотность при заторе авто транспортных средств, лег.авт/час;

N₀ - интенсивность движения приведенная к легковым автомобилям, лег.авт/час.

2.3 Последовательность определения расчетных характеристик:

1. При движении на спуске плотность при заторе легковых автомобилей составляет:

где I- величина продольного уклона, тысячные.

2. Определяем интенсивность движения приведенную к легковым автомобилям:

где С_i -доли автомобилей i-й марки, %:

Е_i - коэффициент приведения.

3. При заторе смешанного потока автомобилей устанавливают по формуле:

4. Средняя скорость свободного движения определяют по методике профессора Сильянова:

где V₀ -значение средней скорости свободного движения автомобиля для б =7,5м.,l_ук = 0,75 м.,l_об =3,5 м., скорость V₀ =80 км/ч.

Коэффициент, учитывающий влияние элементов дороги состава движения на скорость движения:

где τ_1,2 -коэффициент, учитывающий влияние продольного уклона и состава потока: τ_1,2 = 0,82

τ₃ -коэффициент, учитывающий влияние погодных условий на скорость свободного движения: τ₃ =1,2

τ₄ - коэффициент учитывающий влияние разметки на скорость свободного движения: τ₄ =0,78.

2.4 Определяем среднюю плотность транспортного потока свободного движения:

2.5 Определяем пропорциональную скорость полосы движения по формуле:

Раздел 3: Оценка безопасности движения на элементах автомобильной дороги.

Цель: разработать комплекс мероприятий по повышению безопасности движения на автомобильной дороги.

3.1 Оценка безопасности движения на кривых в плане.

3.1.1 Формирование исходных данных.

По данным обследования кривой в плане были получены следующие показатели:

-средний радиус: R_ср =320 м.;

-среднее квадратическое отклонение радиуса: σ_R =150 м.;

-категория дороги: 3;

-расчетная скорость: V=100км/ч.;

-время реакции водителя: t_p =1,6 сек.;

-среднее квадратическое отклонение времени реакции водителя: σ_t =0,16 сек.;

-тип покрытия: горячий асфальтобетон без шероховатой обработки;

-коэффициент сцепления при V=20 км/ч.: φ₂₀ =0,8;

- коэффициент учитывающий снижения параметра φ₂₀ при увеличении скорости движения: β_φ =0,002;

-состояние покрытия: удовлетворительное;

-дорожные знаки и дорожная разметка: отсутствуют.

3.1.2 Технические нормы проектирования.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 таблицы 10, для данной категории радиусы кривых в плане должны быть не менее R=600 м. Однако фактические данные меньше допустимых. Поэтому параметры кривых в плане не удовлетворяют требованиям СниП и не обеспечивают безопасность дорожного движения.

3.1.3 Определение опасности движения на кривых в плане с расчетной скоростью.

Для определения опасности движения установим риск потери устойчивости, который вычисляется по формуле:

где R-фактический средний радиус кривой в плане;

σ_R -среднее квадратическое отклонение параметра R;

R_m -минимальный радиус кривой в плане при котором риск потери устойчивости равен 50%;

σ_m -среднее квадратическое отклонение параметра R_m .

а).Минимальный радиус кривой в плане:

м.

где V-расчетная скорость;

-поперечная составляющая общего коэффициента сцепления при котором происходит занос и опрокидывание;

φ-коэффициен сцепления, определяемый по формуле Васильева:

где γ-крэффициент определяющий долю продольного коэффициента сцепления: γ=0,8-1,00. Для расчета принимаем γ=0,8.

μ_х -коэффициент тяговой силы, определяемый по формуле:

где V_в -скорость ветра, V_в =0;

к_сц -коэффициент сцепного веса, к_сц =0,523;

-расчетное значение коэффициента сопротивления качению:

Для скорости V=20 км/ч: ;

i -продольный уклон, i =50‰;

к₁ -коэффициент обтекаемости: к₁ =0,3;

F-лобовая площадь сечения рассматриваемого автомобиля: F=2,2 м² ;

m-масса автомобиля: m=1820 кг.;

g-ускорение свободного падения: g=9,81 м/с.;

i_в -уклон виража:i_в =20‰.

б). Среднее квадратическое отклонение минимального радиуса кривой в плане определяется по формуле:

где σ_V =среднее квадратическое отклонение скорости движения:

σ_φ -среднее квадратическое отклонение коэффициента сцепления:

-среднее квадратическое отклонение коэффициента тяговой силы:

где -среднее квадратическое отклонение коэффициента сопротивления-качения:

-среднее квадратическое отклонение продольного уклона:

Вывод: полный фактический риск превышает значение допустимого риска, равного .

3.1.4Определение обеспеченной скорости движения по допустимому риску.

Приведенные выше расчеты по теории риска показывают, что вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (риск потери устойчивости) превышает допустимое значение. Обеспеченной скоростью называется скорость при которой вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия равна 0,0001.

В рамках курсовой работы обеспеченная скорость будет определяться графоаналитическим способом, который заключается в следующем: поскольку риск зависит от скорости V, и зависимость криволинейная, то для построения этой кривой необходимо еще три точки. Назначаем дополнительные три скорости движения 80, 60, 40 км/ч. Повторим расчет кривой выше для этих скоростей:

При V=80 км/ч.

При V=60 км/ч.

При V =40 км/ч.

Полученные значения риска (r) при заданных скоростях (V) сведем в таблицу:

Таблица 3.1.4

3.1.5 Назначение технических средств в организации дорожного движения.

В результате расчета получилост, что на данном участке дороги невозможно подобрать обеспеченную скорость. Поэтому необжодимо закрыть движения автотранспорта на данном участке и провести реконструкцию.

3.2 Оценка опасности движения по элементам продольного профиля.

3.2.1 Формирование исходных дпнных.

1. Методами детального обследования был построен продольный профиль участка автомобильной дороги и выявлены участки вертикальных кривых (вогнутых и выпуклых). Методами математической статистики были установлены средние значения радиусов и их среднее квадратическое отклонение:

2. Категория автомобильной дороги: третяя.

3. Расчетная скорость: 100 км/ч.

4. Время реакции водителя: t_р =1,7 сек.,среднее квадратичесекое отклонение времрени реакции аодителя-σ_t =,017 сек.

5. Коэффициент сцепления: φ₂₀ =0,8.

6. Состоние покытия: сухой чистыйасфальтоютон без шероховатой обработки.

7. Выста глаза водителя: h=1,2 м.

8.Дорожные знаки и разметка на вертикальныхкривых: отсутствуют.

3.2.2 Технологические нормы проектирования.

В соответствии с требоаниями СниП 2.05.02-85 таблицы 10, сравним ыактические значения радиусов с допустимыми:

Сравнение показывает, что радиусы выпуклых и вогнутых кривых менее допустимых, следовательно геометрический продольный профиль не соответствует требованиям СНиП.

3.2.3 Опрделение опасности движения в условиях ограниченной видимости поверхности автомобильной дороги.

1. Видимость поверхности автомобильной дороги зависит от радиуса выпуклой кривой. Формула по которой определяется фактическая видимость поверхности автомобильной дороги имеет вид:

2. Определяем среднее квадратическое отклонение фактической видимости о формуле:

3. Определяем необходимую видимость авьомбильной лороги из условия остаовки перед препятствием по формуле:

где к_э -коэффициент эксплутационного состояния тормозов автомобиля: к_э =1,2.

4. Определяем среднее квадратическое отклонение параметра S:

5. Определяем риск движения по выпуклой кривой:

6. Определяем риск движения по выгнутой кривой в ночное время со светом фар.

Расстояние вдимости определяем по формуле:

где α-угол раствора фар: α=2°;

h_ф -высота расположения фар над автомобильной дорогой: h_ф =0,75 м.

Среднее квадрктическое отклонение параметра L_сф определяем по формуле:

Вывод: по расчетам сделанным в данном пункте, оказалось, что видимость поверхности автомобильной дороги при движении по выпуклой кривой составило L_ф1 =109,54м. и L_ф3 =97,37м., что больше минимально необходимой S=100,3 м. из условия остановки. Риск при этом составил r₁ =0,3859082 и r₃ =0,5437953. Видимость автомобильной дороги в ночное время (со светом фар) при движении по выгнутой кривой составил L_сф2 =118,82 м. и L_сф4 = 125,64 м., что так же больше S=100,3 м. Риск при этом составил r₂ =0.1787867 и r₄ =0,0869154.

Общий вывод:

-на период обследования автомобильной дороги разрушения составляют 0,2 м² на каждые 1000 м² покрытия;

-фактический срок службы дорожной одежды по первому способу составил 6,9 лет;

-фактический срок службы дорожной одежды по второму способу составил 6,9 лет;

-средняя скорость транспортного потока(V_N )составляет 48,3 км/ч.;

-средняя плотность транспортного потока (q_N )составляет 2,48 лег.авт/час;

-пропускная способность полосы движения (P) составляет 758,09 лег.авт/час;

- видимость поверхности автомобильной дороги при движении по выпуклой кривой составило L_ф1 =109,54м. и L_ф3 =97,37м., что больше минимально необходимой S=100,3 м. из условия остановки. Риск при этом составил r₁ =0,3859082 и r₃ =0,5437953;

- видимость автомобильной дороги в ночное время (со светом фар) при движении по выгнутой кривой составил L_сф2 =118,82 м. и L_сф4 = 125,64 м., что так же больше S=100,3 м. Риск при этом составил r₂ =0.1787867 и r₄ =0,0869154.

Заключение

Вероятностные методы экспертизы дорожно-транспортных происшествий на основе теории риска позволили выявить влияние дорожных условий на механизм происшествия. Причем вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия устанавливают в зависимости от тех дорожных условий, которые по данным следственного осмотра и вида дорожно-транспорного происшествия могли способствовать развитию аварийной ситуации или спровоцировать ее.