Влияние параметров и состояния дороги на обеспе­ченность расчетной скорости

Задача оценки степени влияния от­дельного параметра на скорость движения состоит в том, чтобы уста­новить механизм этого влияния и физический смысл, выбрать расчет­ную схему и дать математическое описание, позволяющее определить максимальную скорость расчетного автомобиля.

Влияние ширины укрепленной по­верхности дороги на обеспеченность расчетной скорости оценивают исхо­дя из понятия «ширина психологи­ческого коридора», предложенного в [4, 5]. Психологический коридор-ширина дороги, которая оказывает психологическое воздействие на во­дителя при выборе траектории и режима движения (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Расчетная схема для определения ширины укрепленной поверхности при встре­чном движении:

B₁ - ширина укрепленной поверхности; В₂ – ши­рина психологического коридора

Общая ширина психологического коридора

(6.31)

Сокращение ширины укрепленной поверхности дороги приводит к сужению психологического коридора. Вместе с этим снижается и скорость в зависимости от интенсивности движения. С учетом этих факторов предложены расчетные формулы для определения максимальной ско­рости и коэффициента обеспеченнос­ти базовой расчетной скорости:

(6.32)

(6.33)

где К₁ и К₂ – коэффициенты, учиты­вающие интенсивность и расчетную схе­му движения; В_п – минимальная ширина психологического коридора для различ­ных расчетных схем, м.

Расчетные формулы, значения К₁, К₂, и В_п, а также пределы их приме­нимости приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Расчетная схема	Расчетные формулы	Границы применения по интенсивности движения, физич. авт./сут
летом	в пере-ходные периоды	зимой
1. Свободное движение одиночного автомобиля 2. Движение в частично связанном потоке на двухполосной проезжей части при интенсивности, авт./сут а) 500-1500   б) 1500-4200   3. Движение при интенсивном встречном потоке на двухполосной проезжей части   4. Движение на трехполосной проезжей части: а) при полной разметке   б) при отсутствии разметки   5. Движение на проезжей части одного направления четырехполос­ной автомобильной магистрали с разделительной полосой, м: а) более 5     б) до 5		<700     700- 1500- >4200   >6000   >7000   <15000     <12000	<600     600- 1200- >3600   >6000   >6000   <12000     <10000	<600     500- 1000-" >30О0   >5000   >6000   <12000     <10000

Для определения обеспеченной скорости необходимо иметь данные о фактически используемой ширине укрепленной поверхности дороги В_1ф т.е. ширине чистой проезжей части и краевых укрепленных полос. При отсутствии данных непосредст­венных измерений она может быть вычислена по формуле (4.10). Шири­ну полос загрязнения b₃ принимают по табл. 6.3.

Таблица 6.3

Вид укрепления обочины	bзагр, м, в зимний период	bз, м, в осенне-весенний период
на прямых участках и на кривых в плане радиусом более 600 м при высоте насыпи больше Нп	на кривых в плане радиусом 200-600 м при высоте насыпи больше Нп	на снегозано-симых участках, на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, пара-петами	на прямых уча-стках и на кри-вых в плане ра-диусом более 200 м	на кривых в плане R= 200 м и на уча­стках с ограж­дениями, на­правляющими столбиками, тумбами, пара­петами
Слой щеб-ня или гра-вия   Засев трав     Обочины не укреплены     Бордюр высотой, h, м	0,2 - 0,4 0,4 - 0,5 0,2 - 0,75 0,4 - 1,0 0,2 - 0,75 0,4 - 1,0 (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,3 - 0,50 0,5 - 1,0     0,3 - 0,50 0,6 – 1,2   0,4 – 0,6 1,2 – 1,8   (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,3 – 0,5 0,6 – 1,2     0,3 – 0,5 1,2 – 1,8   0,4 – 0,6 1,2 – 2,0   (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,1 – 0,3 0,2 – 0,4     0,1 – 0,3 0,4 – 0,6   0,1 – 0,5 0,6 – 0,8   3h 6h	0,1 – 0,3 0,3 – 0,5     0,1 – 0,3 0,5 – 1,0   0,1 – 0,5 1,0 – 1,5   3h 6h

Примечания. 1. В числителе - для дорог I и II категорий, в знаменателе - для III и IV категорий.

2. Ширина полосы загрязнения зависит от оснащения дорожных организаций машинами для содержа­ния дорог. При оснащении, равном 100 % нормативной потребности, ширину полосы загрязнения принимают минимальной, при 60-70 % оснащенности принимают средние значения, а при оснащении менее 50 % - максимальные.

3. При устройстве на обочинах покрытия шириной более 1,5 м из асфальто-, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, сокращение ширины укрепленной поверхности не происходит.

4. Н_п – толщина снежного покрова.

Влияние ширины и типа укрепления обочины на скорость до определен­ной степени соизмеримо с влиянием ширины укрепленной поверхности дороги. Однако расчетных формул для оценки этого влияния нет. Уста­новлено, что наибольшее влияние оказывает вид и состояние обочины шириной до 1,5 м от кромки проез­жей части [3, 5]. Обработка экспери­ментальных наблюдений позволила получить зависимость К_р.с от шири­ны обочин (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Влияние ширины и типа укрепления обочин на коэффициент обеспеченности рас­четной скорости:

1 - обочина укреплена цементобетоном, асфальто­бетоном или каменными материалами, обработан­ными вяжущими; 2 - обочина, укрепленная слоем щебня или гравия; 3 - то же засевом трав; 4 - обочи­на не укреплена

Влияние состава транспортного потока на коэффициент обеспечен­ности расчетной скорости объясня­ется тем, что поток автомобилей, движущихся по соседней полосе, оказывает психологическое воз­действие на водителя не только как боковая помеха, что учитывается при оценке ширины укрепленной по­верхности. Вместе с боковыми поме­хами возникают помехи и на полосе движущегося автомобиля (продоль­ные помехи) за счет автомобилей, выходящих на обгон из встречного потока. Известно, что число обгонов возрастает с увеличением интенсив­ности и особенно разнородности транспортного потока.

Влияние состава и интенсивности транспортного потока на продоль­ные помехи для движения учитыва­ют введением поправки

(6.34)

где ψ - коэффициент, учитывающий движение по встречной полосе, а для многополосных дорог - по соседней по­лосе (для двухполосных дорог - 0,7-0,9, многополосных - 0,8-0,9).

Совместное влияние ширины ук­репленной поверхности, интенсив­ности и состава движения

(6.35)

Влияние продольного уклона на обеспеченность расчетной скорости оценивают для наиболее характер­ного (расчетного) состояния покры­тия в зимний и осенне-весенний пе­риоды, каждое из которых характе­ризуется коэффициентами сопротив­ления качению и сцепления.

Различают три расчетные схемы при оценке влияния продольного ук­лона: а) возможная скорость на подъеме по динамическим характе­ристикам автомобиля; б) то же по соотношению сил сцепления и сопротивления движению; в) скорость, допустимая на спуске по условиям безопасности в зависимости от ви­димости поверхности дороги и коэф­фициента сцепления.

Максимальная скорость автомо­биля на горизонтальном участке и на подъеме может быть определена по динамической характеристике автомобиля (рис. 6.8) из условия

D = i + f_v. (6.36)

Рис. 6.8. График динамических характерис­тик автомобиля ГАЗ-24 «Волга». Кривые сверху вниз - соответственно I, II, III и IV передачи

Сложность заключается в необходимости учитывать изменение сопротивления качению с увеличением скорости. Поэтому задачу решают итерационным методом.

Пример.Определить К_р.с при движении на подъем с уклоном 30‰ на участке дороги II категории с асфальтобетонным покрытием. Сопротивление качению при скорости 20 км/ч составляет 0,01; 0,02 и 0,03 соответственно для сухого состояния летом, мокрого осенью и покрытого рыхлым снегом толщиной 10 мм зимой. Начинаем расчет суммы дорож­ных сопротивлений исходя из расчетной ско­рости для дорог II категории, равной 120 км/ч. Сопротивление качению при этой скорости для летних условий

Соответственно для осени и зимы будет 0,045 и 0,055.

Требуемый динамический фактор для лет­них условий

D = i + f_v= 0,030 + 0,035 =0,065

Откладывая это значение на графике дина­мической характеристики (см. рис. 6.8), нахо­дим, что ей соответствует скорость 120 км/ч.

Коэффициент обеспеченности расчетной скорости

К_р.с = 120/120 = 1,0.

Для осенне-весеннего периода при скорос­ти 120 км/ч требуемый динамический фактор D = 0,075. Откладывая эту цифру на графике динамической характеристики, получим соот­ветствующую ей скорость, равную 110 км/ч, а К_р.с = 0,92. Для зимнего периода требуемый динамический фактор составит 0,085. Соот­ветствующая ему скорость равна 85 км/ч, т. е. значительно меньше, чем принята в расчете. Зададимся скоростью 95 км/ч и проверим требуемый D, повторив расчет,

f_v = 0,03 + 0,00025(95 - 20) = 0,051,

требуемый динамический фактор 0 = 0,03 + 0,051 =0,081.

Ему соответствует скорость около 98 км/ч, т. е. разница между предполагаемой и фактической менее 5%.

К_р.с = 98/120 = 0,82.

Аналогично можно определить макси­мальную скорость при движении на подъем для различных состояний покрытия из урав­нения мощностного баланса автомобиля, ре­шая его относительно скорости.

Однако скорость, получаемая по тяговой характеристике или мощностному балансу двигателя, далеко не всегда может быть реализована из-за соотношения сил сопротивле­ния качению и сил сцепления особенно при движении на подъем. Ско­рость, возможную по этим услови­ям, определяют по формуле (3.17). Затем из скоростей, полученных по тяговым характеристикам автомо­биля, и из соотношения сил сопро­тивления качению и сцепления выби­рают меньшее значение и принима­ют в расчет. Зависимость К_р.с от продольного уклона приведена на рис. 6.9, а.

Рис. 6.9. Зависимость коэффициента обеспеченности расчетной скорости от продольного уклона и состояния покрытия:

а - движение на подъем; б - то же на спуск с видимостью 200 м; 1 - сухое чистое; 2 – мокрое чистое; 3 - мокрое загрязненное; 4 - уплотненный снег; 5 - слой рыхлого снега до 10 мм; 6 - тоже 10-20 мм; 7 - то же 20-40 мм; 8 - то же 40-60 мм; 9 - гололед

Анализ расчетов показы­вает, что при движении по заснеженному или обледенелому покрытию скорость чаще ограничена не тяго­выми характеристиками автомоби­ля, а именно соотношением сцепных качеств и сопротивления качению. Максимальная допустимая скорость автомобиля на спуске может быть определена из формулы видимости поверхности дороги при внезапном торможении

(6.37)

где v - начальная скорость автомоби­ля, км/ч; К_э - коэффициент эксплуатаци­онного состояния тормозов (для легко­вых автомобилей - 1,2, для грузовых - 1,3-1,4, при скорости более 90-100 км/ч принимают 2,4); t - время реакции води­теля, с (равно 1); l₀ - расстояние безопас­ности перед препятствием, м (5-10).

Из этого уравнения для принятой видимости определяют максималь­но допустимую скорость на спуске. В уравнение входят два основных показателя, характеризующих усло­вия движения: видимость и коэффи­циент сцепления, что позволяет оп­ределять их совместное воздействие при различных сочетаниях. Слож­ность точного решения заключается в том, что коэффициенты сцепления и сопротивления качению, входящие в формулу, изменяются с изменени­ем скорости. Поэтому точное реше­ние можно получить методом итера­ции. Результаты такого расчета при видимости поверхности дороги 200 м приведены на рис. 6.9, б. Ана­лиз полученных результатов пока­зывает, что высокую скорость на спуске можно обеспечить только на сухом чистом покрытии.

Влияние видимости поверхности дороги оценивают по тому же прин­ципу, как и оценку скорости на спус­ке, решая уравнение (6.37) для гори­зонтального участка дороги при различных состояниях (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Зависимость коэффициента обеспе­ченности расчетной скорости от расстояния видимости поверхности дороги S и состояния покрытия (обозначения см. рис. 6.9)

Влияние радиуса вертикальных вы­пуклых кривых оценивают также ис­ходя из необходимого тормозного пути перед препятствием

,(6.38)

где R_вып – радиус вертикальной выпук­лой кривой, м.

На кривых в плане максимальная обеспеченная скорость с учетом сос­тояния покрытия и уклона виража (км/ч)

,(6.39)

где R - радиус кривой, м; φ₂ - коэффи­циент поперечного сцепления [(0,6 ÷ 0,8) φ]; i_в - уклон виража, тысячные доли.

Поскольку сцепление зависит от скорости движения, решение этого уравнения выполняют итерацион­ным методом.

Влияние коэффициента сцепления на обеспеченную скорость оценива­ют, решая уравнение (6.37) относи­тельно скорости при принятом зна­чении видимости и коэффициента сцепления (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Зависимость коэффициента обеспе­ченности расчетной скорости от сцепных ка­честв покрытия (цифры на кривых расстоя­ния видимости поверхности дороги)

Влияние ровности на максималь­ную скорость определяют в случае измерения ровности S_с (см/км) уста­новкой ПКРС по формуле [3]

(6.40)

При измерении ровности толчкомером максимальную скорость определяют по формуле проф. В. М. Сиденко

(6.41)

Влияние прочности дорожной одежды на обеспеченную скорость оценивают исходя из зависимости динамики изменения ровности пок­рытия в процессе эксплуатации от начальной ровности в момент сдачи дороги в эксплуатацию и от проч­ности дорожной одежды (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Зависимость коэффициента обеспе­ченности расчетной скорости от прочности дорожной одежды и интенсивности движения при начальной ровности S_н = 25 см/км по толчкомеру

Указанные зависимости, установ­ленные канд. техн. наук М. С. Коганзоном, дают возможность полу­чить значения обеспеченной скорос­ти на оснований требуемой и факти­ческой прочности, коэффициента за­паса прочности дорожной одежды и срока ее службы.

5.24 Учет интенсивности движения и оценка уровня загрузки дороги движением на периодах года…

Для решения задач организации дорожного движения, назначения и выбора мероприятий по содержа­нию и ремонту автомобильных до­рог дорожная служба должна систе­матически изучать, накапливать и анализировать данные о дорожном движении на участках в различные периоды года. Изучение сводится к сбору следующей информации: по интенсивности, составу и скорости движения транспортных пото­ков, распределению транспортных средств по длине дороги в разные периоды года, недели и суток от осевых нагрузок автомобилей. Существует несколько методов проведения учета интенсив­ности движения.

Сплошной метод предусматривает (на данном участке) непрерывное во времени изучение дорожного движе­ния. При этом ведут сплошное поча­совое изучение в течение 24 ч и ана­логично посуточно для недели, меся­ца, сезона, годового периода. Это самый надежный, но самый трудо­емкий и дорогой метод учета.

Выборочный метод, когда харак­теристики потока фиксируют и оце­нивают только на отдельных учет­ных пунктах или только в опреде­ленное время.

Выборочный компенсаторный ме­тод состоит в том, что число, место и продолжительность учета движе­ния назначают по правилам, осно­ванным на законах теории вероят­ности и математической статистики, а затем после обработки получают (восстанавливают) интенсивность движения на всех учетных пунктах за сутки, неделю или другой отрезок времени.

Подсчет транспортных средств, проходящих по автомобильным до­рогам, производится автоматичес­кими приборами (счетчиками) или визуально.

При прогнозе интенсивности дви­жения по дорогам различной катего­рии на короткий срок (2-5 лет) ис­пользуют линейную зависимость

N_T = N₀(l+qT),

где N_o - интенсивность в начальный, базовый, год; q - средний темп роста ин­тенсивности за последние 8-15 лет; Т – прогнозируемый год.

Прогноз движения на дорогах III-V категорий на более продолжи­тельный период (до 20 лет) возмо­жен на основе выражения

N _T=N₀(1+q/100)^T-1

Среднегодовой темп роста в стра­не колеблется от 0,01 до 0,04, в редких случаях до 0,07 и существен­но зависит от наличия промышлен­ности в Данном районе, численности населения, плотности сетидорог.