Підвищення надійності конструкцій дорожнього одягу нежорсткого типу

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.22.11 - автомобільні шляхи та аеродроми

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ КОНСТРУКЦІЙ ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ НЕЖОРСТКОГО ТИПУ

Якименко Ярослав Миколайович

Київ - 2010

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи.

Існуючий технічний стан автомобільних доріг України не задовольняє вимогам зростаючого обсягу вантажних та пасажирських перевезень, що призводить до зменшення швидкостей транспортних потоків, підвищенню транспортних та експлуатаційних витрат, зниженню безпеки дорожнього руху. На 01.01.2010 року мережа доріг України загального користування складає 169,4 тис. км. Більшість з них знаходяться в незадовільному транспортно-експлуатаційному стані і потребують реконструкції або капітального ремонту.

Чинні норми проектування не завжди забезпечують достатній рівень надійності конструкцій дорожніх одягів протягом строку експлуатації. Недосконалість існуючих методів оцінки надійності, при дії транспортних засобів, особливо великовагових транспортних засобів (ВТЗ) на дорожні конструкції, не дозволила створити повноцінні вітчизняні системи ремонту й утримання автомобільних доріг і встановити контроль за проїздом ВТЗ. Ці обставини не дали можливості оперативно реагувати на зміни складу транспортних потоків і вчасно виконувати ремонтні заходи з метою забезпечення потрібних транспортно-експлуатаційних показників. З цієї ж причини існують труднощі з об'єктивним встановленням реальних допустимих навантажень або допустимої кількості проїздів ВТЗ залежно від капітальності дорожнього одягу та водно-теплового режиму (ВТР). Вище перелічені обставини обумовлюють необхідність розробки методів оцінки надійності автомобільних доріг з урахуванням впливу на них ВТЗ і ВТР.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Тема дисертації відповідає напряму Державної науково-технічної програми "Ресурс" затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 08.10.04 №1331 „Створення системи оцінки надійності і безпечного стану конструкцій дорожнього одягу автомобільних доріг загального користування” (номер державної реєстрації 0105U007896). Наукові результати роботи одержані в процесі виконання науково-дослідних робіт Національного транспортного університету: „Розробити Правила введення сезонного обмеження руху великовантажних та великогабаритних транспортних засобів автомобільними дорогами України” (номер державної реєстрації 0106U013098), „Розробити рекомендації з забезпечення експлуатаційної надійності конструкцій нежорстких дорожніх одягів автомобільних доріг України” (номер державної реєстрації 0107U006674), „Розробити рекомендації щодо визначення ставок податку з власників транспортних засобів в залежності від впливу транспортних засобів різних типів на автомобільні дороги” (номер державної реєстрації 0108U009302), які виконувалися на замовлення Державної служби автомобільних доріг України.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є удосконалення методу оцінки та забезпечення надійності нежорсткого дорожнього одягу з урахуванням динамічної дії навантаження та зміни водно-теплового режиму.

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

· провести аналіз методів забезпечення надійності конструкцій нежорсткого дорожнього одягу на етапі експлуатації з врахуванням погодно-кліматичних факторів та навантаження;

· удосконалити математичну модель навантаження поверхні дорожнього покриття колесом транспортного засобу при русі по дорозі з нерівностями;

· встановити показники міцності, деформативності та неоднорідності асфальтобетону в діапазоні зміни експлуатаційних температур та швидкості навантаження;

· уточнити значення коефіцієнта динамічності в залежності від швидкості руху та параметрів нерівності покриття, встановити періоди обмеження руху великовагових транспортних засобів для забезпечення необхідної надійності конструкції дорожнього одягу протягом року;

· виконати аналіз умов роботи конструкції в добовому і річному циклах при зміні температури та навантаження і розробити метод оцінки зміни неоднорідності та надійності конструкції дорожнього одягу за критеріями граничного стану.

Об'єкт дослідження - конструкція дорожнього одягу нежорсткого типу.

Предмет дослідження - надійність конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу автомобільної дороги.

Методи дослідження - для досягнення мети застосовувалися загальнонаукові методи дослідження: методи математичної статистики та теорії імовірностей, системний аналіз, математичне моделювання, методи теорії пружності та в'язкопружності, опору матеріалів. Експериментальними методами визначалися необхідні властивості матеріалів і перевірялася достовірність теоретичних рішень.

Наукова новизна отриманих результатів:

· на основі детального врахування вологості ґрунту земляного полотна та температури матеріалів органовмісних шарів дорожнього одягу удосконалений метод оцінки надійності конструкції дорожнього одягу (КДО);

· удосконалена математична модель навантаження колесом транспортного засобу поверхні дорожнього покриття з нерівностями на основі якої уточнено значення коефіцієнта динамічності;

· отримані нові закономірності зміни міцності, деформативності та неоднорідності асфальтобетону в залежності від температури та швидкості дії навантаження;

· удосконалена математична модель зміни міцності та деформативності конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу під впливом водно-теплового режиму та дії навантаження від коліс транспортних засобів.

Достовірність отриманих результатів.

Достовірність експериментальних досліджень підтверджується адекватністю результатів за критеріями Пірсона і Фішера та кореляцією з результатами дослідження різних авторів і результатами польових досліджень виконаних у США (AASHO 1963 р., NCHRP 2003 р.). Достовірність математичної моделі взаємодії колеса з нерівностями поверхні покриття підтверджується узгодженням з експериментальними даними із визначення коефіцієнта динамічності отриманими в Ленфіліалі СоюздорНДІ к.т.н П.І. Теляєвим. Достовірність фізичної та математичної моделі зміни несучої здатності покриття в річному та добовому циклах підтверджується характером зміни загального модуля пружності з експериментальними даними Д.О. Павлюка (НТУ), Красикова О.О. (КаздорНДІ) та ін.

Практичне значення одержаних результатів.

· на основі фізичної та математичної моделі зміни несучої здатності конструкції дорожнього одягу розроблена методика уточнення періоду обмежень руху великовагових транспортних засобів і величини навантаження на вісь в різні сезони року;

· удосконалено методику експериментальних досліджень на основі якої встановлено залежності показників міцності та деформативності асфальтобетону в діапазоні експлуатаційних температур і при різних швидкостях дії навантаження, отримані закономірності можуть використовуватися для розрахунку конструкцій за різними критеріями граничного стану при конкретних (фактичних) режимах руху транспортних засобів;

· проведено практичне впровадження результатів теоретичних та експериментальних досліджень при розрахунку ставок податку з власників транспортних засобів і уточнена методика введення сезонного обмеження руху великовагових та великогабаритних транспортних засобів автомобільними дорогами України.

Особистий внесок здобувача полягає у вдосконаленні методу оцінки та забезпечення надійності нежорсткого дорожнього одягу з урахуванням впливу погодно-кліматичних факторів та динамічності навантаження; в дослідженні фізико-механічних властивостей асфальтобетону та їх неоднорідності залежно від температури і швидкості дії навантаження; розроблені методики встановлення умов роботи конструкції дорожнього одягу із заданою надійністю [1 - 6].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були представлені: на науковій конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів Національного транспортного університету № LXII - LXV у 2006 - 2009 рр.

Апробовані на таких науково-технічних конференціях: ХІ - Міжнародна наукова конференція “Актуальні проблеми будівництва та інженерії довкілля”. - Львів, Львівська Політехніка. - 13 - 14 грудня 2007 р.; VII-й Міжнародний науково-практичний семінар “Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій”. - Вінниця, 26 - 27 червня 2008 р.; Науково-практична конференція “Дорожні покриття та сучасні методи будівництва і ремонту автомобільних доріг” Харків, НТК ХНАДУ, 2009 р.; Науково-технічна конференція “Енергозбереження в галузях національного господарства”. - Вінниця, ВНТУ. 27 - 29 жовтня 2009 р.

Публікації.

За результатами дисертаційної роботи опубліковано 10 статей у тому числі 6 у фахових виданнях рекомендованих ВАК України та 4 тези науково-технічних конференцій.

Матеріали дисертаційних досліджень використані при розробленні трьох нормативних документів, що використовуються в системі управління Державної служби автомобільних доріг України.

Структура та об'єм дисертації.

Дисертація включає вступ, п'ять розділів, загальні висновки, список використаних джерел із 134 найменувань. Основний текст викладений на 146 сторінках. Текст ілюструється 63 рисунками, містить 37 таблиць.

Основний зміст роботи

дорожній одяг транспортний автомобіль

У вступі викладена актуальність обраної теми, критично проаналізований стан справ з даного предмету дослідження, показаний зв'язок з науковими програмами, сформульована мета та завдання досліджень, наведено основні наукові результати, показане практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведений огляд стану справ оцінки надійності будівельних конструкцій, виконаний аналіз літературних джерел. Показані основні напрямки розвитку методів розрахунку надійності КДО їх переваги та недоліки, вироблені вимоги до методів урахування параметрів для забезпечення довговічності і надійності, з урахуванням впливу навантаження та погодно-кліматичних факторів.

Аналіз роботи асфальтобетонних шарів в конструкції дорожнього одягу дозволив зробити висновок, що експлуатаційна надійність автомобільної дороги залежить від великої кількості факторів: технології будівництва та ремонтів, властивостей матеріалів конструктивних шарів, параметрів навантаження та його взаємодії з поверхнею покриття, погодно-кліматичних факторів та їх впливу на характеристики матеріалів КДО та ґрунту земляного полотна і т.п. Для вирішення проблем забезпечення надійності дорожнього одягу широко застосовуються методи підвищення фізико-механічних властивостей матеріалів (модифікація, армування і т.п.) без урахування зміни неоднорідності показників властивостей. Незважаючи на велику кількість робіт присвячених збільшенню міцності матеріалів та врахування водно-теплового режиму сумісний вплив цих та інших факторів недосліджений. До сьогоднішнього часу не розроблені методики оцінки експлуатаційної надійності за критеріями граничного стану з урахуванням різних аспектів проектування, будівництва та експлуатації автомобільних доріг загального користування.

Розвиток теорії надійності будівельних конструкцій було започатковано у працях Болотіна В.В., Ржаніцина А.Р., Стрєлецького М.С.

Розвиток комп'ютерної техніки в 60-80-их роках обумовив розвиток наукових шкіл, які активно впроваджували імовірнісні методи розрахунку будівельних конструкцій. У Москві це роботи шкіл Краковського М.Б., Райзера В.Д., Складнєва М.М., Чиркова В.П., в Куйбишеві (Самарі) - Корякіна В.П., Личева О.С., в Єкатеринбурзі - Тимашева С.А., у Вільнюсі - Кудзіса О.П., Снаркіса Б.Й. За кордоном питанням надійності присвятили свої праці Hurtado J.E., Li C.W., Melchers R.E., Mohammadi J. та інші. В Україні цей напрям розвинутий в роботах: Барашикова А.Я., Горохова Є.В., Застави М.М., Кінаша Р.І., Пашинського В.А., Перельмутера А.В., Пічугіна С.Ф., Усаковського С.Б.

Різні аспекти забезпечення міцності та надійності дорожніх споруд розглянуті в роботах Радовського Б.С., Мерзлікіна О.Є., Сіденка В.М., Канарчука В.Є., Дмитрієва М.М., Лантух-Лященка А.І., Савенка В.Я., Жданюка В.К., Золотарьова В.О., Золотаря І.А., Кизими С.С., Павлюка Д.О., Піскунова В.Г., Расказова О.О., Мозгового В.В., Некрасова В.К., Гамеляка І.П. та інших.

Теоретичні аспекти взаємодії колеса автомобіля із нерівною дорожньою поверхнею розглянуті багатьма дослідниками колишнього СРСР, а саме: Акоп'яном Р.А., Бронштейном Л.А., Висоцьким М.С., Запорожцевим А.В., Кіяшка І.В., Лур'є М.І, Московкіним В.В., Пархіловським І.Г., Пахомова О.О., Певзнером Я.М., Пєтрушовим В.А, Ротенбергом Р.В. та іншими.

На основі огляду літератури і проведеного аналізу стану питання сформульовані мета і завдання досліджень.

У другому розділі удосконалено старі та розроблено нові підходи до оцінки експлуатаційної надійності конструкцій дорожніх одягів.

Загально прийнятим на сьогодні критерієм експлуатаційної надійності автомобільної дороги є виконання автомобільною дорогою своїх функцій, тобто забезпечення безперервного безпечного і зручного руху транспортних засобів відповідно з раціональними швидкостями руху, при мінімальній втомлюваності водіїв та безпеці руху.

За рахунок детального врахування зміни температури шарів і вологості ґрунту земляного полотна надійність конструкції дорожнього одягу за критеріями граничного стану (згину монолітних шарів, зсув у ґрунті, пружний прогин) у конкретний момент експлуатації дороги t, визначена як імовірність безвідмовної роботи.

Тому для розрахунку експлуатаційної надійності пропонується удосконалена системна модель прогнозування строку служби КДО.

Модель складається з таких блоків:

- прогнозування кліматичних та атмосферних явищ і/або зчитування даних метеостанцією;

- прогнозування процесу циклічного навантаження і/або зчитування даних датчиків інтенсивності руху;

- прогнозування процесу зміни властивостей асфальтобетону в часі внаслідок процесів старіння та деструкції, зміни характеристик ґрунту при зміні ВТР та температури;

- визначення напружень від навантаження і температурного коливання;

- накопичення пошкоджень асфальтобетону і прогнозування тріщиноутворення;

- розрахунок довговічності та надійності конструкції.

Для рішення поставленої мети виконано статистичну обробку даних отриманих із сенсорів метеостанції розміщених в різних частинах КДО.

Для оцінки руйнування доріг від динамічного навантаження при русі транспортних засобів по нерівностях покриття удосконалені математичні моделі: I - нерівності покриття; II - коливання автомобіля; III - навантаження на покриття при взаємодії автомобіля з дорогою та розрахунок напружено-деформованого стану (НДС) в шарах дорожнього одягу; IV - руйнування та довговічності покриття від дії динамічного навантаження.

ВТР спричиняє в дорожній конструкції комплекс складних фізичних і фізико-хімічних процесів: теплопровідність, міграцію рідкої фази води, дифузію газів і парів, фазові переходи вологи під дією температур, хімічні перетворення й ін.

Характеристики ґрунтів земляного полотна не залишається постійною, а змінюється постійно впродовж року. В розрахунках надійності використано дані спостережень виконаних в ХАДІ під керівництвом проф. Сіденка В.М., що дозволило встановити закономірність зміни вологості й міцності ґрунту в характерні періоди в річному циклі.

Залежності модуля пружності Е_гр, кута внутрішнього зчеплення ц_гр і питомого зчеплення с_гр різних типів ґрунтів від відносної вологості встановлена шляхом апроксимації даних ВБН В.2.3-218-186.

При введенні сезонного обмеження необхідно знати закономірності зміни несучої здатності ґрунтових основ та встановлення найбільш несприятливих значень розрахункових характеристик ґрунту (вологості, міцності, щільності) за весь строк служби автомобільної дороги.

Для врахування нерівності покриття розроблені математичні моделі:одиночних, періодичних та випадкових нерівностей покриття.

Для вирішення задачі навантаження поверхні покриття колесом транспортного засобу виконано теоретичний аналіз взаємодії шин автомобіля і дорожнього одягу, з врахуванням коливання не тільки автомобіля, але і дорожнього одягу.

Рівняння (3) розв'язували методами числового інтегрування за допомогою ПЕОМ.

У третьому розділі наведено результати аналізу досліджень характеру розкиду фізико-механічних властивостей дорожньо-будівельних матеріалів з урахуванням впливу температури та режимів навантаження.

Для даних досліджень використовувався дрібнозернистий щільний асфальтобетон І марки типу Б на бітумі БНД 90/130 Лисичанського НПЗ (АБ. Др. Щ. Б. НП. І). Асфальтобетонна суміш була укладена та ущільнена на дорозі Кіпті - Глухів - Бачівськ 184 км. З асфальтобетонного покриття було відібрано 20 вирубок розмірами 40х40 см ± 2 см. На обладнанні ДНТЦ "Дор'якість" з кожної вирубки нарізалось 20 зразків довжиною (16,0 ± 0,2) см, висотою (4 ± 0,2) см, шириною від 4,5 см до 6,5 см. Загальна кількість зразків, які були випробувані становила 400 шт.

Методика досліджень полягала у: визначенні середньої щільності зразків; визначенні зернового складу та стандартних фізико-механічних показників властивостей асфальтобетону; визначенні міцності на розтяг при згині, стиск із записом діаграми "навантаження-абсолютна деформація", при різних температурах для трьох рівнів швидкості навантаження; розрахунок модуля пружності на розтяг при згині та модуля деформації при стиску за результатами обробки діаграм "напруження-відносна деформація"; встановленням характеристик розкиду властивостей асфальтобетону та та товщини асфальтобетонного шару.

Визначений зерновий склад та стандартні фізико-механічні показники властивостей асфальтобетону відповідають ДСТУ Б В. 2.7-119-2003.

Визначені геометричні розміри зразків та експериментально встановлено показники фізико-механічних характеристик асфальтобетонних зразків. За результатами випробувань побудовано гістограми та статистичні функції розподілу показників фізико-механічних властивостей асфальтобетону. Обробку даних i статистичний аналіз здійснювали з допомогою системи EXСEL 2003. У результаті встановлені закономірності зміни геометричних параметрів та характеристик асфальтобетону та їх статистичні оцінки.

Середня щільність найкраще описуються законом Пірсона I типу. Гістограма та щільність розподілу середньої щільності асфальтобетонних зразків наведені на рис. 6а. У результаті проведеного аналізу одержані диференційні функції розподілу, які за критеріями Пірсона, Колмогорова та Фішера не суперечать статистичним гіпотезам і можуть використовуватись для вирішення різних задач при контролі якості продукції та розрахунку надійності КДО.

У результаті проведених досліджень встановлено що фiзико-механічні властивості асфальтобетону з ділянки дороги Кіпті - Глухів - Бачівськ 184 км, мають суттєву неоднорідність.

За результатами експериментальних досліджень встановлено закономірності зміни неоднорідності та середніх значень показників фізико-механічних властивостей асфальтобетону в діапазоні зміни температури при експлуатації КДО (від - 20 °С до + 50 °С) та швидкості деформування (3 мм/хв, 50 мм/хв та 100 мм/хв). Ці значення мають вид логістичної функції у широкому діапазоні зміни швидкості та температури і вид експоненційної функції у вузькому діапазоні при +10 °С. Аналіз результатів показує, що для великої швидкості деформації (100 мм/хв та 50 мм/хв) спостерігається оптимум міцності відповідно при +5 °С та - 3 °С. При повільному деформуванні (3 мм/хв) оптимум зміщується в сторону температур нижче - 20 °С і в даному дослідженні не зафіксовано.

Розрахунок величини модулів пружності при випробуванні на розтяг при згині та стиску за результатами обробки діаграм "напруження-відносна деформація". Приведення даних випробувань модуля пружності за виконаною методикою до нормативних значень наведених у ВБН В.2.3-218-186 здійснюється за методикою проф. Радовського Б.С. та Мозгового В.В.

За результатами випробувань визначено характерні значення коефіцієнтів варіації для різних показників фізико-механічних властивостей, які наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Результати визначення коефіцієнтів варіації

На основі виконаного статистичного аналізу отримані залежності для оцінки надійності конструкцій дорожнього одягу в процесі експлуатації (розділ 4).

Четвертий розділ присвячений аналізу надійності КДО при експлуатації в залежності від режиму руху транспортних засобів, погодно-кліматичних умов, зміни властивостей матеріалу.

Розглянуто вплив погодно-кліматичних факторів на умови роботи КДО в річному і добовому циклах. Дані використані при дослідженнях, що отримані з метеостанції, яка розташована в Львівській області м. Сколе на автомобільній дорозі М-06 Київ-Чоп км 655+107.

Розраховано імовірність перевищення (надійність) заданого значення коефіцієнта запасу конструкції за критерієм пружного прогину.

Аналіз даних на рис. 19 вказує на значне зменшення надійності (особливо в літній період) порівнюючи з нормативним значенням 0,95 середнє значення надійності склало 0,25.

Розтягуючі напруження при згині по нижній грані визначаються за точним рішенням теорії пружності проф. Приварнікова А.К. або наближеними формулами Корсунського М.Б.

Отримані залежності дозволяють розрахувати температурний режим та період робити асфальтобетонного покриття й основи при певних умовах експлуатації із заданою надійністю для різних дорожньо-кліматичних районів України. Отримані детальні закономірності зміни несучої здатності в залежності від ВТР та КДО у добовому та річному циклах.

У результаті виконаного аналізу встановлено абсолютні максимуми та мінімуми зміни температури по глибині; побудовано гістограму розподілу метеорологічних даних, які як виявилося мають двовершинні піки. За розробленою методикою виконано описи температури та запропоновано відповідну статистичну апроксимацію у вигляді суми двох нормальних розподілів.

П'ятий розділ присвячений практичному впровадженню результатів досліджень.

Розроблено алгоритм розрахунку та програми на алгоритмічній мові Паскаль та в середовищі MathCad. З використанням цих програм встановлено значення коефіцієнта динамічності.

Побудовано поверхню відгуку та графіки ізоклін, які дозволяють наочно проілюструвати залежність коефіцієнта динамічності автомобіля К_Д від параметрів: висоти нерівності на дорозі q та швидкості руху автомобіля V. Коефіцієнти динамічності уточнені в залежності від швидкості руху в діапазоні від 20 до 80 км/год та таких параметрів нерівності як: просвіт під 3-х метровою рейкою (при зміні від 3 до 30 мм К_Д змінюється від 1,04 до 1,08); нерівність по поштовхоміру (від 50 до 300 см/км К_Д змінюється від 1,05 до 1,08). Наведено рекомендації по виконанню ремонтів в залежності від індексу рівності IRI.

Уточнена методика к.т.н. Шевчука В.Р. стосовно визначення умов при яких необхідно вводити сезонне обмеження. Встановлено чотири критерії введення обмеження руху: перевищення фактичної відносної вологості над нормативною; зниження фактичного значення загального модуля пружності менше допустимого з урахуванням коефіцієнту запасу; перевищення фактичної температури нагрів поверхні покриття над температурою розм'якшення асфальтов'яжучого; перевищення тиску на контакті пневматику з поверхнею покриття міцності асфальтобетону при температурі його нагріву.

Уточнено орієнтовні строки початку та закінчення періоду весняного обмеження та дати обмеження руху в літній період з 10⁰⁰ до 22⁰⁰ год. Отримані результати досліджень є основою запровадження системи збереження доріг при проїзді транспортних засобів. Розроблена методика та встановлено ставки податку з власників транспортних засобів в залежності від їх руйнуючого впливу.

Розроблені рекомендації щодо корегування надійності з урахуванням якості будівництва та забезпечення надійності КДО на етапі експлуатації.

ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз методів забезпечення надійності конструкцій дорожнього одягу на етапі експлуатації. На основі системного аналізу встановлено основні впливові фактори, які необхідні для аналізу експлуатаційної надійності. Оцінка надійності може бути виконана з необхідною точністю при детальному врахуванні (з періодичністю кожні 10 хв) зміни температури органовмісних шарів (асфальтобетону, чорного щебеню і т.п.), вологості ґрунту земляного полотна та параметрів навантаження в добовому та річному циклах.

2. Удосконалена та досліджена математична модель навантаження колесом транспортних засобів поверхні дорожнього покриття з нерівностями та проведено тестування моделі.

Запропонована математична модель взаємодії колеса транспортних засобів з нерівностями поверхні дорожнього покриття представлена у вигляді системи нелінійних диференціальних рівнянь. Наведені методика та результати числового розв'язання цих рівнянь за допомогою ПЕОМ. Співставленні результати розв'язання системи рівнянь із використанням пакетів прикладних програм, що входять до складу MathCAD 2000 і Delphi 6. Проведене математичне моделювання та розроблена методика, яка дозволила уточнити значення коефіцієнта динамічності для розрахунку конструкції дорожніх одягів в залежності від нерівності покриття.

3. Експериментально встановлено закономірності зміни показників міцності, деформативності та неоднорідності асфальтобетону в діапазоні зміни експлуатаційних температур та швидкості дії навантаження.

За результатами експериментальних досліджень встановлено закономірності зміни неоднорідності та середніх значень показників фізико-механічних властивостей асфальтобетону в широкому діапазоні зміни температури (від - 20 °С до + 50 °С) та швидкості деформування (3 мм/хв, 50 мм/хв та 100 мм/хв).

Виконаний статистичний аналіз дозволив отримати залежності, які можуть використовуватися для оцінки надійності конструкцій дорожнього одягу в процесі експлуатації.

4. Розроблена методика оцінки надійності в процесі експлуатації та проведений аналіз надійності в залежності від зміни інтенсивності руху, міцності, деформативності та неоднорідності конструкції в добовому та річному циклах.

Отримані закономірності є основою для встановлення розрахункових температур для проектування КДО за різними критеріями граничного стану. При цьому критерію загального модуля пружності відповідає середня температура +10 єС із 50 % імовірністю. Для розрахунку за критерієм згину монолітних шарів, коли температура близька до 0 єС, імовірність настання температури має становити 85 %. У той же час критерію зсуву в незв'язних шарах основи і ґрунту земляного полотна відповідає імовірність 5 % (забезпеченість б = 0,05). У даному випадку для умов ДКЗ України У-IV зах, розрахункова температура покриття при проектуванні КДО має становити + 35 єС, а не +25 єС як прийнято в існуючих нормах. Розрахована зміна модуля пружності та міцності на розтяг при згині дорожньої поверхні та полотна і побудовані їх гістограми розподілу. Встановлено, що в річному циклі загальний модуль пружності на поверхні покриття автомобільної дороги 2-ої категорії зменшується майже у 5 разів (з 900 МПа до 180 МПа), а в добовому на 40 - 50 МПа або 25 - 40 %.

Необхідно продовжити дослідження щоб включити дані метеостанції та лічильників інтенсивності руху в одну лічильну систему забезпечення надійності КДО.

5. На основі проведених теоретичних досліджень методом планування багатофакторного експерименту отримане неповне квадратичне рівняння регресії, яке дозволило адекватно апроксимувати залежність коефіцієнта динамічності автомобіля К_Д від параметрів: висоти нерівності на дорозі q та швидкості руху автомобіля V в такій області їх значень q = 2...15 мм, V = 20...80 км/год, при цьому К_Д змінюється в межах від 1,04 до 1,65. Ці значення є теоретичною основою для обґрунтування необхідності підвищення рівності автомобільних доріг.

6. На основі експериментальних досліджень з використанням апроксимації даних метеостанцій та розробленої методики встановлені періоди обмеження руху великовагових транспортних засобів в різні сезони року, що дозволяє забезпечити необхідну надійність КДО протягом року.

7. Результати наукових досліджень знайшли своє впровадження в: Р В.3.1-218-2070915-725:2008. - Рекомендації щодо визначення ставок податку з власників транспортних засобів в залежності від впливу транспортних засобів різних типів на автомобільні дороги; Р В.2.3-218-2070915-716:2007 - Рекомендації з забезпечення експлуатаційної надійності конструкцій нежорстких дорожніх одягів автомобільних доріг України; М В.2.3-218-2070915-826:2008 - методика введення сезонного обмеження руху транспортних засобів автомобільними дорогами України.

ЛІТЕРАТУРА

Основні положення дисертації опубліковані в роботах

1. Якименко Я.М. Про сезонне обмеження руху на автомобільних дорогах / Гамеляк І.П., Решетнік Г.О., Шевчук В.Р., Якименко Я.М. // Автошляховик України. - 2007. - № 2. - С. 28 - 32.

2. Якименко Я. М. Моделювання взаємодії транспортних засобів з нерівностями поверхні дорожнього покриття / Гамеляк І.П., Коц І.В., Якименко Я. М. // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. - 2007. - № 600. - С. 46 - 52.

3. Якименко Я. М. Дослідження навантаження транспортними засобами поверхні дорожнього покриття з нерівностями / Гамеляк І.П., Коц І.В., Якименко Я. М., Березок О.В. / Науково-технічний збірник Вінницького національного технічного університету. - 2007. - №4. - С. 42 - 51.

4. Якименко Я.М. Аналіз впливу метеорологічних факторів на роботоздатність конструкції дорожнього одягу. / Гамеляк І.П., Якименко Я.М. // Науково-технічний збірник Національного транспортного університету. - 2008. - № 75. - С. 336 - 340.

5. Якименко Я.М. Методика встановлення умов роботи конструкції дорожнього одягу із заданою надійністю. / Якименко Я.М., Гамеляк І.П. // Автошляховик України - 2009. - №2. - С. 43 - 46.

6. Якименко Я.М. Дослідження фізико-механічних властивостей асфальтобетону в залежності від температури і швидкості деформування / Гамеляк І.П., Якименко Я.М. // Автошляховик України. - 2009. - № 6. - С. 12 - 15.

Размещено на Allbest.ru