Автоматизированное проектирование основных видов транспортных сооружений по условиям мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТ

Кафедра «Изыскания и проектирования автомобильных дорог»

Реферат

«Автоматизированное проектирование основных видов транспортных сооружений по условиям мощности»

Выполнил: ст-т гр. Оад-41з Довгань Д.Н.

Проверил: Вдовин Е.А.

Казань 2014



Содержание

Введение

1. Проектирование продольного профиля автомобильных дорог

2. Проектирование земляного полотна

3. Автоматизированное проектирование оптимальных дорожных одежд

4. Обзор методов автоматизированного проектирования, используемых в САПР автомобильных дорог

Заключение

Список использованной литературы

проектирование автомобильный дорога автоматизированный



Введение

Сеть автомобильных дорог - важнейший элемент экономики и наиболее крупная составляющая транспортной инфраструктуры любой страны. Поддержание высоких эксплуатационных характеристик и устойчивое развитие дорожной сети - необходимые условия экономического роста, обеспечения целостности и национальной безопасности государства, повышения уровня и улучшения условий жизни населения. К современным автомобильным дорогам предъявляются высокие требования по осуществлению бесперебойной работы автомобильного транспорта, обеспечению безопасности движения и архитектурно-эстетические требования. Выполнение их может быть обеспечено только при использовании системного подхода на всех этапах проектирования, эксплуатации и содержания автомобильных дорог.

По законам диалектики ничто не стоит и не будет стоять на месте. Абсолютно все явления природы, общества изменяются, развиваются. И против этого не надо идти - ведь это законы природы. Методы проектирования автомобильных дорог, которыми проектировщики пользуются сегодня, отличаются от тех методов, которые использовались в недалеком прошлом. И это живой пример проявления этих законов.

Сегодня нам не представится возможность увидеть, чтобы продольный профиль автомобильной дороги проектировался при помощи шаблонов, а обработка инженерно-геодезических данных и построение плана местности проводились вручную.

Развитие вычислительной техники позволило применять при проектировании автомобильных дорог различные методы оптимизации и моделирования, что полностью видоизменило процесс проектирования. Рассмотрим наиболее распространенные методы, применяемые в САПР автодорог.

1. Проектирование продольного профиля автомобильных дорог

Одним из основных проектных документов является продольный профиль, который вычерчивается по строго установленной форме. Исходными данными для проектирования продольного профиля являются: отметки поверхности земли, грунтовой разрез, максимальный продольный уклон, минимальные радиусы вертикальных кривых, рекомендуемые рабочие отметки в насыпях и положение контрольных (фиксированных и строго фиксированных) точек.

Рекомендуемая рабочая отметка насыпи устанавливается исходя из почвенно-грунтовых и гидрологических условий, а также из соображений снегонезаносимости отдельных участков дороги. Рекомендуемая высота насыпи в сухих местах должна быть не менее толщины дорожной одежды и требуемого возвышения низа дорожной одежды над поверхностью земли. Для сырых и мокрых участков рельефа рекомендуемые высоты насыпей назначаются в соответствии СНиП.

К строго фиксированным контрольным точкам относятся: головки рельсов на железнодорожных переездах в одном уровне, оси пересекаемых в одном уровне автомобильных дорог и т.п. Фиксированными точками являются: бровки насыпей у искусственных сооружений (мостов и труб), настилы путепроводов на узлах пересечения с железными и автомобильными дорогами в разных уровнях.

На открытых местах, где возможны значительные снежные заносы, возвышение бровки земляного полотна необходимо принимать на 0.6-0.8 м над поверхностью снегового покрова, принимаемого с расчетной повторяемостью 5 %.

Составление продольного профиля участка проектируемой автомобильной дороги производится в следующей последовательности:

1. Вычерчивается нижняя часть документа - сетка; размеры отдельных граф и общие размеры чертежа строго регламентированы.

2. Заполняется графа (данные для заполнения берут с плана трассы и из ведомости прямых и кривых).

3. Заполняется графа. (ситуация местности наносится в пределах 25-50 м по обе стороны трассы).

4. В графу записываются отметки земли по оси дороги на каждом пикете и плюсовой точке. Плюсовыми точками могут быть места, где резко меняются уклон местности, границы болот, лесов, карьеров, оси пересекаемых дорог, линий связи и ЛЭП и т.п.

5. По отметкам земли по оси дороги наносится линия поверхности земли - «черная линия», на ниже ее на 2 см и параллельно вычерчивается линия грунтового профиля. Под линией грунтового профиля указывается характеристика залегающих грунтов. Места расположения скважин и шурфов назначаются в соответствии с рельефом и данными задания. Глубокие скважины, которые не могут быть показаны в масштабе, разрываются, и цифрой указываются глубина залегания грунтов и глубина скважины. Шурфы устраиваются до глубины 2.5 м.

6. Определяются места (пикетажное положение) искусственных сооружений - мостов, путепроводов, труб.

При проектировании пересечений в разных уровнях для расположенных внизу автомобильной или железной дорог необходимо обеспечивать габарит от уровня проезжей части (головки рельса) 5.0 и 6.5 м соответственно.

7. Наиболее ответственной частью работы при проектировании продольного профиля является нанесение проектной линии и обеспечение водоотвода.

Приступая к проектированию продольного профиля, необходимо наметить основной принцип проложения проектной линии. В условиях равнинного рельефа проектную линию наиболее целесообразно назначать «по обертывающей» с возвышением бровки земляного полотна для отдельных участков на величину, рекомендуемую СНиП в зависимости от климатических, грунтовых и гидрологических условий.

Автоматизированное проектирование продольного профиля.

Принципы построения проектной линии продольного профиля.

При построении проектной линии продольного профиля точно также используются два принципа: полигональный и сплайнов. В первом случае используется метод тангенсов - строится ломаный ход и в образовавшиеся углы перелома вписываются вертикальные кривые. Во втором случае строится сначала эскизная проектная линия, а затем она аппроксимируется различными функциями.

Метод тангенсов реализован в программе PLATEIA (Словения).

Оптимизационные и не оптимизационные методы.

Различают оптимизационные и неоптимизационные методы автоматизированного проектирования продольного профиля. В неоптимизационных методах ид?т многовариантная проработка проектной линии. На выбор окончательного варианта в них значительное влияние оказывает субъективный фактор.

В оптимизационных методах окончательный вариант выбирается с помощью целевой функции. Оптимальным считается тот вариант, для которого целевая функция принимает минимальное значение:

К*=min(К1, К2, …, Кn).

В самом простом случае в качестве целевой функции принимаются строительные затраты на возведение земляного полотна Кзп. В этом случае условие можно выразить:

Схема к определению целевой функции

Анализ плавности проектной линии продольного профиля, построенной с помощью квадратических парабол.

Традиционно проектная линия продольного профиля конструируется из сопряж?нных прямолинейных отрезков, дуг круговых кривых или заменяющих квадратических парабол, у которых радиус на вс?м протяжении элемента практически постоянен. Критерием плавности проектной линии принято считать согласование продольных уклонов. То есть в точке сопряжения продольный уклон одного элемента должен быть равен уклону другого элемента.

Однако этот переход от одного элемента к другому не является плавным. Если в точке перехода от одного элемента к другому радиус вертикальной кривой изменяется скачком, то скачком будет изменяться и центробежное ускорение, определяемое по формулам для вертикальных кривых с радиусами R1 и R2 соответственно (R1?R2):

Способы построения проектной линии продольного профиля в программе CREDO.

1. Конструирование проектной линии по опорным точкам и элементам. Метод предполагает отсутствие предыдущих проектных решений и может использоваться как начальный этап после ввода исходных данных. Очень часто метод используется при корректировке проектного решения на отдельных стесн?нных участках.

В данном методе на экране отображаются опорные точки, через которые проектная линия обязана пройти. У опорных точек задаются отметки. Затем происходи тконструирование проектной линии прямо на экране с помощью прямых вставок и вертикальных кривых постоянного радиуса. Проектировщик сам зада?т значения радиусов вертикальных кривых и должен сам контролировать радиусы и уклоны проектной линии, чтобы они соответствовали нормативным требованиям. Как правило, данный метод служит для разработки первоначального эскизного варианта проектной линии, который в дальнейшем имеет смысл оптимизировать.

2. Сплайн-интерполяция опорных точек. Этот метод похож на предыдущий, только опорные точки соединяются кубическими сплайнами (кубическими параболами). Перед началом проектирования необходимо для каждой опорной точки задать коды и отметки.

3. Автоматизированное проектирование в режиме оптимизации. Это основной метод проектирования в CREDO. В данном методе автоматизированным способом проверяются ограничения:

- по минимально допустимым радиусам выпуклых и вогнутых вертикальных кривых;

- максимально допустимым уклонам;

- отметкам контрольных точек;

- способам приближения к линии руководящих отметок (высоты насыпи или глубины выемки).

В этом алгоритме минимизируются критерии:

R - суммарное относительное отклонение кривизны и уклонов проектной линии от заданных ограничений;

W - суммарный дополнительный объ?м работ.

Под суммарным дополнительным объ?мом подразумевается объ?м земляных работ, который необходимо выполнить сверх соответствующих объ?мов по проектной линии продольного профиля на уровне руководящей высоты насыпи или глубины выемки.

Комплекс технических ограничений.

К положению проектной линии продольного профиля выдвигается целый ряд требований и условий со стороны автомобильного транспорта, технологических особенностей строительства и со стороны эксплуатации автомобильных дорог. Оптимальное положение проектной линии продольного профиля при автоматизированном проектировании и проектное решение при ручной технологии всегда отыскиваются в рамках соответствующего комплекса технических ограничений, который включает:

- допустимые продольные уклоны. Уклон ни в одной точке продольного профиля не должен превышать значения нормируемого для данной категории дорога :i Ј i_доп;

- допустимую наибольшую кривизну вертикальных выпуклых и вогнутых кривых. Радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых ни в одной точке продольного профиля не должны быть меньше нормируемых:

R_вып і R_{вып доп},

R_вог і R_{вог доп};

- руководящую отметку. При проектировании продольного профиля на спокойных участках рельефа «по обертывающей» необходимое возвышение бровки земляного полотна определяется из условия незаносимости снегом либо из условия минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод;

- фиксированные контрольные точки. Прохождение проектной линии через фиксированные контрольные точки, назначаемые по ситуационным условиям, является обязательным;

- ограничивающие точки и зоны. Прохождение проектной линии продольного профиля допускается не ниже ограничивающих точек и зон (обычно это минимальные высоты над трубами, на мостах и путепроводах);

- контурные ограничения. Это ограничения высоты насыпей и глубины выемок при неудовлетворительных геологических, гидрогеологических, почвенно-грунтовых условиях и т.д.;

- допустимые наибольшие длины участков с предельными уклонами продольного профиля. Допустимая длина таких участков нормируется;

- наименьшая длина вертикальных кривых одного знака.

При традиционной технологии проектирования продольного профиля автомобильных дорог определяющим является визуальный контроль за положением проектной линии. При субъективной оценке качества решения проектной линии продольного профиля возможны сильные ее отклонения от оптимального положения.

Автоматизированное проектирование продольного профиля автомобильных дорог с использованием оптимизирующих алгоритмов и компьютерных программ исключает субъективизм и связанную с ним неоднозначность проектных решений при одной и той же исходной информации и обеспечивает получение оптимальных проектных решений по различным критериям.



2. Проектирование земляного полотна

Конструкция земляного полотна принимается на основе решений по продольному профилю с учетом рельефа местности, почвенно-грунтовых условий и климатических характеристик, а также дорожно-климатического районирования территории РФ.

Согласно СНиП на дорогах I-III технических категорий откосы насыпей до 2.0 м, возводимых из местных грунтов, принимаются 1:4, а на дорогах IV-V категорий при высоте насыпей до 1.0 м откосы принимаются не круче 1:3. Крутизна откосов насыпей высотой более 6.0 м устраиваются с переменным заложением откоса: в верхней части (на высоте 6.0 м) откос 1:1.5, а в нижней части - 1:1.75.

Откосы насыпей, подтопленных водой, принимают в однородных грунтах 1:1.5 (глина, песок), в крупнообломочных грунтах - от 1:1 до 1:1.5.

В целях незаносимости дорог снегом следует выемки глубиной до 1.0 м проектировать раскрытыми или разделанными под насыпь, выемки глубиной от 1 до 5.0 м проектировать с пологими откосами от 1:4 до 1:6.

Назначение конструкции земляного полотна.

Многолетняя практика проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог выработала ряд определ?нных требований к проектированию геометрических форм и конструкций земляного полотна, что нашло отражение в типовых проектах. Типовые проекты заложены в базе данных любой системы автоматизированного проектирования. Однако существует ряд условий, при которых вед?тся индивидуальная разработка проектов земляного полотна.

При автоматизированном проектировании поперечных профилей (назначении конструкции земляного полотна) учитывают следующие факторы:

- величину рабочей отметки;

- категорию дороги;

- тип дорожной одежды;

- вид грунтов, используемых для отсыпки насыпей;

- грунтовые и гидрологические условия;

- условия водоотвода;

- ценность земельных угодий;

- требования ландшафтного проектирования;

- условия производства работ и др.

Проектирование поперечного профиля земляного полотна включает в себя решение следующих задач:

1. Назначение заложений откосов насыпей и выемок, ширины берм и закюветных полок при высоте насыпей и глубине выемок до 12 м в благоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях с использованием типовых решений.

2. Индивидуальное проектирование земляного полотна в следующих случаях:

- при рабочих отметках более 12 м;

- на участках временного подтопления и староречиях;

-для земляного полотна, возводимого из сильно набухающих глинистых грунтов;

- на косогорах крутизной более 1:3;

- при наличии слабых грунтов в основании насыпей;

- на болотах глубиной более 4 м; 2;

- при применении в конструкции земляного полотна специальных прослоек;

- при устройстве выемок со вскрытием водоносных сло?в;

- на участках с опасными геодинамическими процессами (оползнями, осыпями, обвалами, снежными лавинами и т.п.).

3. Проектирование боковых канав и других сооружений поверхностного водоотвода.

При индивидуальном проектировании широко используется математическое моделирование. Целью такого моделирования является:

- оценка устойчивости земляного полотна в целом;

- прогноз размеров и времени неизбежных деформаций.

4. Проектирование верха земляного полотна

Включает в себя назначение:

* Количества проезжих частей,

* Ширины и уклона проезжей части,

* Ширины и уклона обочин,

* Параметров разделительной полосы,

* Параметров бордюра.

Расчёт устойчивости откоса земляного полотна

Устойчивость насыпей и откосов земляного полотна оценивают сопоставлением их расч?тного коэффициента устойчивости kp с его нормативным значением. Устойчивость земляного полотна обеспечена, если

Коэффициент устойчивости определяют по методу круглоцилиндрических поверхностей. Его суть - зада?тся поверхность обрушения в виде дуги окружности радиуса R и для массива обрушения проверяются 3 уравнения статики. А число неизвестных, как правило, больше тр?х. Поэтому, чтобы замкнуть задачу, используют различные допущения. И в зависимости от принимаемых допущений можно получить различные модификации метода.

Преимущество автоматизированного расч?та заключается в том, что можно перебрать очень большое количество кривых обрушения и выбрать несколько наиболее опасных.

где Муд,i, Мсдв,i- моменты удерживающих и сдвигающих сил, N - количество элементов в массиве обрушения.

Рассмотрим один элемент под номером i.

Он имеет ширину bi. Элементарная дуга скольжения заменяется отрезком, который образует угол бi с горизонтальной осью координат х.

На элемент (столбик грунта) действует сила Pi, обусловленная весом грунта. Удерживающие силы (силы трения) для каждого столбика определяются по закону Кулона:

В 60-е годы 20 века было проведено большое количество сопоставительных расч?тов, сделанных для одних и тех же объ?ктов, но выполненных разными способами. Результаты показали, что для большинства объектов различие в результатах расч?тов меньше погрешности определения исходных характеристик.

При расчете устойчивости откосов земляного полотна автомобильных и железных дорог учитываются возникающие в откосе или в его основании усилия: от собственного веса грунтовой толщи; от воздействия временной подвижной нагрузки (для насыпей); от веса верхнего строения пути (для железнодорожных насыпей); в результате фильтрации грунтовых вод, подтопления или затопления насыпи водой, а также дополнительные усилия, возникающие в результате сейсмических явлений.

3. Автоматизированное проектирование оптимальных дорожных одежд

Дорожная одежда является одним из наиболее дорогих и ответственных элементов автомобильных дорог. Их строительная стоимость составляет от 40 до 60 % от стоимости автомобильной дороги. В связи с этим оптимальное проектирование дорожных одежд является одной из актуальнейших проблем дорожного строительства.

Оптимизационные методы проектирования дорожных одежд можно осуществить на 3-х уровнях.

Первый уровень - оптимизация конструкции дорожной одежды. Здесь разрабатывают несколько вариантов дорожной одежды. Для каждого варианта строят целевую функцию Кi- строительную стоимость i-го варианта дорожной одежды. Оптимальным считается вариант, для которого целевая функция принимает минимальное значение min(,,..., ).

Второй уровень - конструкция дорожной одежды оптимизируется с уч?том:

- длины трассы,

- протяж?нности насыпей и выемок,

- гидрологических условий,

- местоположения источников получения местных дорожно-строительных материалов,

- размещения производственных баз,

- местоположения станций доставки привозных материалов.

На этом уровне уже уда?тся реализовать системный подход к процессу проектирования.

Третий уровень - созда?тся единая система проектирования, строительства и эксплуатации дорожных покрытий. Производится оптимизация ресурсов, выделяемых на строительство и эксплуатацию дорог в пределах данного региона. Такой уровень уже реализован в Канаде, Нидерландах.

По механическим свойствам все дорожные одежды делят на неж?сткие (слабо сопротивляющиеся изгибу) и ж?сткие (сопротивляющиеся изгибу). Проектирование дорожных одежд включает в себя два этапа: конструирование дорожных одежд и расчёт сформированной конструкции по критериям прочности и устойчивости.

Дорожные одежды состоят из конструктивных сло?в различного назначения, прочность которых убывает с глубиной в соответствии с уменьшением напряжений от подвижной нагрузки. В общем случае в конструкции дорожной одежды различают следующие слои:

- покрытие (1), подверженное непосредственному воздействию кол?с автомобилей, а также климатических и атмосферных факторов. К материалу покрытия предъявляются наиболее ж?сткие требования. Это самый дорогой материал;

- основание (несущий слой) (2), представляемое одним или несколькими конструктивными слоями. Оно воспринимает в основном вертикальные нагрузки от подвижного состава. Для сло?в основания применяют материал менее прочный, чем для покрытия;

4. Обзор методов автоматизированного проектирования, используемых в САПР автомобильных дорог

Методы автоматизированного проектирования пита дороги.

Традиционным принципом грассирования дорог, на основе которого строятся современные методы, используемые в большинстве САПР автодорог, является принцип тангенциального трассирования. Данный принцип заключается в назначении тангенциального хода, в изломы которого вписывают закругления с требуемыми параметрами, рассчитываемыми но определенным алгоритмам.

Принцип тангенциального трассирования является базовым для методов «однозначно определенной оси». При тангенциальном трассировании грасса характеризуется ломаной линией с вписанными кривыми в ее изломы так, что отрезки ломаной представляют собой касательные к кривым, поэтому ломаную называют тангенциальным ходом. Наиболее применимы для проектирования закруглений трассы в составе тангенциального хода кривые Безье, которые являются пространственными функциями и способны обеспечивать трехмерное трассирование автомобильных дорог.

Разновидностью «методов однозначно определенном оси» является метод «опорных элементов», который состоит в том, что при помощи шаблонов кривых и линейки устанавливают положение опорных элементов, оптимально аппроксимирующих эскизную трассу дороги с последующей аналитической их увязкой.

Одним из альтернативных методов трассирования дорог является метод «сглаживания эскизной линии трассы», который заключается в аналитической аппроксимации полиномами высоких степеней массива точек эскизного варианта трассы. В методе «сглаживания эскизной линии трассы» задается избыточное количество точек эскизной линии, и их рассматривают как «приближенные» вблизи которых должна пройти трасса, гак как в общем случае через все заданные точки не может быть проведена удовлетворительная трасса.

Наиболее подходящими функциями для использования в методе «сглаживания эскизной линии трассы» являются сплайны, являющиеся универсальным математическим аппаратом для описания, хранения, преобразования, анализа и геометрического представления трасс проектируемых автомобильных дорог.

Таким образом, при пространственном трассировании дорог используются как сплайны, так и кривые Безье, которые позволяют осуществлять математически корректную запись трассы автомобильной дороги в пространстве.

Методы автоматизированного проектирования продольного профиля автомобильных дорог.

Автоматизированное проектирование земляного полотна является составной частью задачи построения трассы в пространстве.

При проектировании земляного полотна учитывают множество факторов: категорий проектируемой дороги, рельеф местности, данные геологических и гидрогеологических изысканий.

При проектировании продольного профиля используется два подхода: проработка множества вариантов метода «опорных точек» или использование одного из методов оптимизации.

В методе «опорных точек», расчет проектируемой линии продольного профиля осуществляется по заданным опорным точкам и радиусам вертикальных кривых, в классе функций вертикальных выпуклых и вогнутых параболических кривых. Данный метод является наиболее применимым при проектировании продольного профиля автомобильных дорог в равнинной местности и в стесненных условиях (при большом количестве опорных точек).

Одним из методов оптимизации является метод проекции градиента. Метод состоит из трех этапов. На первом этапе проектируемая линия представляется в виде «цепочечной линии» с узлами, совпадающими с переломными точками черного профиля земли и удовлетворяющей всем техническим условиям и ограничениям. Поиск оптимального решения осуществляется итерационным методом проекции градиента, на каждом шаге которого получается новая проектная линия с меньшим значением целевой функции, чем на предыдущем шаге.

На втором этапе цепочечная линия аппроксимируется последовательностью традиционных элементов: квадратных парабол и прямых. Параметры парабол определяются таким образом, чтобы не нарушались ограничения по уклону и кривизны во всех точках предполагаемого элемента, а также выполнялись граничные условия в точках примыкания и отмыкания.

На третьем этапе оптимизируются коэффициенты кусочно-параболических кривых проектной линии по строительной стоимости.

Для решения поставленной задачи в методе граничных итерации определен класс функции, в котором отыскивается оптимальное решение - это ломаная линия со строительным шагом, принимаемым обычно равным 20 м. Ломаная в этом случае представляет собой дискретный аналог кривой переменного радиуса. Проектирование линии продольного профиля в классе ломаных чаще всего применимо при ремонте и реконструкции автомобильных дорог, когда математическая модель проектной линии в виде последовательности прямых и квадратных парабол оказывается недостаточно гибкой для получения приемлемого проектного решения.

Для возможности автоматизированного проектирования в классе ломаных функций описание проектной линии необходимо математически формализовать. Наиболее просто и эффективно эта задача формализуется в терминах математического аппарата сплайн-функций.

Методы проектирования продольного профиля, основанные на применении сплайнов высоких степеней (например, кубических), используют для описания проектной линии как интерполяционные, так и сглаживающие сплайны.

Сглаживающие сплайны необходимы для поиска оптимального положения проектной линии в заданной полосе варьирования. А интерполяционные сплайны позволяют обеспечить процесс корректировки проектной линии в интерактивном режиме работы инженера-проектировщика при эвристическом проектировании.

Автоматизированное проектирование оптимальных нежестких дорожных одежд.

Расчет нежестких дорожных одежд при кратковременном действии нагрузки выполняется по критериям прочности: упругому прогибу, сопротивлению сдвигу в грунте и в слабосвязных слоях одежды, растяжению при изгибе слоев одежды из грунтов и каменных материалов.

Расчет дорожных одежд нежесткого типа предусматривает, как правило, расчетную схему, включающую в себя несколько конструктивных слоев с учетом подстилающего фунта. Слои конструкции располагаются по убыванию (сверху вниз) модулей упругости материалов. Толщина отдельных слоев может быть задана по конструктивным соображениям, и эти слои в процессе поиска оптимального решения остаются неизменными.

Оптимальное решение ищется в диапазоне между минимальным и максимальным значением толщины каждого конструктивного слоя при определенном шаге перебора толщин. Минимальная толщина задается не менее значений регламентированных ОДП 218.046-01, а шаг перебора задается из условия производства и технологии выполнения работ но устройству каждого конструктивного слоя, точности устройства каждого слоя, имеющегося в наличии оборудования, возможности обеспечения требуемого уплотнения каждого слоя и требуемой точности при приемке работ.

Системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог.

Существующие в настоящее время САПР автомобильных дорог состоят из различных модулей (подсистем, технологических линий проектирования, пакетов прикладных программ), отвечающих за выполнение определенных проектных операций: переработку исходной информации и формирование цифровой модели местности, трассирование автомобильных дорог, проектирование продольного профиля, проектирование земляного полотна и дорожных одежд, проектирование искусственных сооружений, оценку проектных решений, подготовку проектно-сметной документации.

На сегодня наибольшее распространение получили следующие системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог ведущих отечественных и зарубежных разработчиков: IndorCAD/Road (разработчик - Indorsoft. Россия), ROBUR (разработчик - Topomatic, Россия). GIP (разработчик - ГИПРОДОРНИИ, Россия), AutoCAD Civil 3D (разработчик - Autodesk, США), CARD/1 (разработчик - IB&T Group, Германия), MXROAD (разработчик - Bentley Systems, США), Plateia (разработчик - CGS plus d.o.o., Словения), CREDO ДОРОГИ (разработчик - Кредо-Диалог. Беларусь).

Перечисленные программные комплексы предназначены для проектирования строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог. Исходными данными для этих систем являются данные геодезических изысканий и карты местности. Выходными данными являются трехмерная модель дороги и проектная документация.

Данные программные продукты позволяют реализовать комплексный подход к разработке проектов на всех этапах создания и эксплуатации автомобильных дорог, предложить несколько вариантов проектных решений и выбрать наиболее приемлемый вариант в рамках одного проекта, наглядно оценить преимущества и недостатки различных вариантов проектных решений.

Работа в системе IndorCAD/Road начинается с подготовки цифровой модели местности. Программа предоставляет полный набор инструментов для ее создания. Возможна как обработка данных инженерно-геодезических изысканий с помощью специального модуля, так и импорт уже обработанных данных через обменные форматы файлов. Программа поддерживает форматы различных геодезических приборов, файлы GPS-съемки, обменный формат CREDO, множество растровых форматов, DXF-файлы, шейп-файлы ESRI, текстовые файлы с координатами точек и др. К проекту возможно подключение растровых картографических изображений с точной координатной привязкой. На основе геодезических данных формируется ЦММ. В системе IndorCAD/Road имеется возможность ее ручного редактирования.

Трассирование автомобильных дорог в плане может выполняться различными геометрическими элементами прямыми, дугами, клотоидами, кривыми Безье и сплайнами.

Проектирование продольного профиля можно выполнять на основе тангенциального хода или сплайновым методом.

При проектировании верха земляного полотна возможно автоматическое создание геометрии проезжей части, обочин, разделительных полос, бордюров.

Для формирования конструкции поперечного профиля и дорожной одежды в IndorCAD/Road используются типовые поперечные профили и конструкции дорожной одежды, возможно создание собственных решений произвольной сложности. После проектирования рассчитываются объемы земляных работ, дорожной одежды, площади откосов.

После выполнения основных шагов проектирования в IndorCAD/Road формируется комплект чертежей и ведомостей в формате системы подготовки чертежей в соответствии с требованиями ГОСТ Р 21.1701-97 «Правила выполнения рабочей документации автомобильных дорог».

Программный комплекс Топоматик Robur состоит из нескольких модулей.

Топоматик Robur «Геодезия» предназначен для подготовки исходных данных для программ Топоматик Robur «Автомобильные дороги» и Топоматик Robur «Железные дороги», выноса проекта в натуру и контрольноисполнительных съемок.

Топоматик Robur «Геодезия» обладает следующими функциональными возможностями: чтение данных с приборов, уравнивание теодолитных ходов, расчет тахеометрии, расчет нивелирования, построение цифровой модели рельефа (ЦМР), проложенне оси трассы, создание продольного и поперечных профилей по ЦМР. подсчет объемов между поверхностями, оформление планшетов.

Топоматик Robur «Автомобильные дороги» предназначен для проектирования загородных дорог и городских улиц. Помимо традиционных компонентов для работы с планом, профилем и поперечниками, модуль содержит блок задач по выравниванию покрытия, расчет дорожной одежды, оценки проектных решений и визуализации проекта. Программный комплекс Топоматик Robur «Автомобильные дороги» является многофункциональным программным продуктом, обеспечивающим сквозной технологический процесс от обработки данных изысканий до выноса проекта в натуру и его инженерного сопровождения.

Топоматик Robur «Дорожная одежда» предназначен для расчета нежестких и жестких дорожных одежд автомобильных дорог общей сети и городских дорог и улиц. В алгоритм расчета заложены рекомендации следующих нормативных документов:

ОДП 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд».

ОДП 218.1.052-2002 «Оценка прочности нежестких дорожных одежд»; «Методические рекомендации но проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91)», утв. расп. Минтранса России № ОС-Ю66-р от 03.12.2003).

ГОСТ Р 52748-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения».

ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтстичсских материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог».

ВСН 21-83 «Указания по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию автомобильных дорог»;

ОДМ 218.5.001-2009 «Методические рекомендации по применению геосеток н плоских георешеток для армирования асфальтобетонных слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог».

В программе реализованы следующие расчеты:

- на прочность по упругому прогибу, по условию сдвигоустойчнвости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев:

- на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению на растяжение при изгибе:

- на статическую нагрузку;

- на морозоустойчивость:

- дренирующего слоя.

В качестве исходных данных для расчета задаются интенсивность движения но видам транспорта на любой год эксплуатации дороги и коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения. Требуемый модуль упругости и допускаемое напряжение на изгиб определяются с учетом суммарного количества проходов транспорта по одному следу за срок службы дорожной одежды либо суточной интенсивности в обоих направлениях.

Расчетные характеристики конструктивных слоев дорожной одежды выбираются из стандартной базы данных. Имеется возможность вводить в базу данных новые материалы и задавать их характеристики. Программа позволяет автоматически выполнять перебор толщин конструктивных слоев дорожной одежды в заданных пределах и с заданным шагом. Варианты конструкций, отвечающих условиям прочности, упорядочиваются по критерию стоимости.

САПР GIP обеспечивает процесс создания цифровой модели местности. проектирование планов, продольных и поперечных профилей, дорожной одежды, транспортных развязок в одном уровне. Все проектные решения оцениваются с точки зрения пропускной способности, скорости и безопасности движения, воздействия на окружающую воздушную, водную, акустическую среду, почвы в придорожной полосе. Решаются задачи землеотвода, распределения земляных масс, выравнивания покрытия, назначения ограждений. Отличительной особенностью данного комплекса является возможность экологической оценки проектных решений.