CC BY
18
УДК 625.7.032.32 DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2019.86.1.186
МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ НЕР1ВНОСТЕЙ МОСТОВОГО ПОЛОТНА НА УМОВИ РУХУ АВТОМОБ1ЛЯ
Смолянюк Р. В.1, Смолянюк Н. В.2, Старцев В. А.3, Захарченко М. Р.4 1Харк1вський нацюнальний автомоб1льно-дорожн1й ун1верситет
Анотаця. Технолог1чш нер1вност1 мостового полотна в м1сцях сполучення мосту з насипом та в район деформацтних шв1в, а також дефекти, що виникають на штучних спорудах ав-томобыьних дор1г, можуть ¡стотно впливати на комфортмсть та безпеку руху. У статт1 подам та проанал1зоваш результати проведеного моделювання впливу таких нер1вностей на умовируху автомобшя за допомогою програмного комплексу ProVAL.
Ключов1 слова: штучнг споруди, мостове полотно, р1втсть, м1жнародний тдекс р1вност1 (1Ш), деформацтний шов, програмний комплекс ProVAL.
Вступ
Для забезпечення безпечного руху авто-мобшв з розрахунковими швидкостями та заданим рiвнем комфорту поверхня покриття повинна мати стшку у чаш рiвнiсть, вщ яко! залежать зручшсть, безпека та швидюсть руху автомобшв, динамiчний вплив автомобшя на дорогу та штучш споруди, транспорты витрати, зокрема витрати пального, а також витрати, пов'язанi з ремонтом автомобшв, а також основнi показники, яю визначають роботу автомобiльного транспорту: собiвартiсть перевезень та продуктивнiсть роботи транспорту.
В Укра!ш оцiнювання рiвностi дорожньо-го покриття здiйснюeться покiлометрово та без урахування штучних споруд, що знахо-дяться на на шляхах сполучення.
Анал1з публжацш
У втизнянш практицi оцiнка рiвностi дорожнiх покритпв i вимоги до не! регла-ментуються ДСТУ 8745:2017 «Автомобшьш дороги. Методи вимiрювания нерiвностей основи i покриття дорожнього одягу» та «Техшчними правилами ремонту та утри-мання автомобiльних дорiг загального кори-стування Укра!ни П-Г.1-218-113:2009». Для вимiрювання рiвностi використовують три-метровi рейки, нiвелiри, поштовхомiри рiз-них конструкцiй i ПКРС-2У.
Триметровi рейки та нiвелiри використо-вуються зазвичай у випадку приймания-здачi робiт пiд час бущвництва, реконструкци або проведения ремонту. Контроль рiвностi експлуатованих дорiг здiйснюeться за допомогою поштовхомiра рiзних конструкцш або ПКРС-2У [1, 2].
На штучних спорудах, зокрема на мостах та шляхопроводах, процес вимiрювання рiв-ностi вiдбуваeться досить складно. Для плавного про!зду автомобiлiв вздовж моста та на шдходах до нього, а також для забезпечення процесу стоку води покриття пролзно! части-ни мосту повинно буди рiвним та мати необ-хщш поздовжнiй та поперечний ухили [3].
Контроль за профшем покриття здшснюють шляхом нiвелiрування в межах мосту та на граничних з ним донках шд-ходiв, довжиною в 50-100 м. Профшь мосту зшмають вздовж осi та у бордюрiв на точках, якi розмiщенi при прольот до 10 м, - над опорами i в середиш прольотiв, при прольо-тах, бшьш нiж 10 м, - над опорами i в про-льот через кожнi 5 м, починаючи вiд одше! з опор. На шдходах точки нiвелiрування за-значають на кожних 5-10 м та в мюцях просадок та переломiв профiлю.
Таким чином, необидно виршити зав-дання вдосконалення технологш оцiнювання рiвностi дорожнiх покриттiв, врахування пiд час вимiрювання рiвностi технолопчних особливостей мостового полотна, викори-стання сучасних пересувних лабораторiй та програмних комплексiв для оцiнювання спо-живчих властивостей автомобiльних дорiг
[4-6].
Визначення мети й завдань
Метою е дослщження впливу нерiвностей мостового полотна в мюцях сполучення мосту з насипом та в райош деформацшних швiв на умови руху автомобшя.
Для досягнення поставлено! мети необхщ-но за допомогою сучасних програмних ком-плекшв розробити модель вказаних нерiвно-стей та проаналiзувати отриманi результати.
Моделювання проезду автомоб1ля через мостову споруду
На початку 80-х роккв минулого стол1ття спещалютами Свгтового банку було визначе-но 4 класи метод1в i методик ощнювання piB-носп, розроблених в усьому свiтi:
1 клас. Методики, що використовують найпpостiшi прилади, зокрема рейку та piвень, можливе також використання нiвелipа. Рiвнiсть вимipюеться в поздовжньому напрямку на 1 або 2 колiях. Використання пpиладiв цього класу етрудомютким i мало-продуктивним.
2 клас. Устаткування так званого «безпо-середнього вимipювання р!вносп». Це найсу-часнiшi i високопpодуктивнi прилади, засно-ванi на лазерних, ультразвуковых чи iнших датчиках, що дозволяють практично миттево визначити вiдстань мiж умовним piвнем i до-pожнiм покриттям.
Рiвнiсть ощнюютъ за допомогою спещально1 програми, що моделюе рух «золотого» автомобшя за вимipяним профшем. Та-ка методика е основною у вимipi International Road Index (IRI, Мiжнаpодний 1ндекс р!в-носп), що був розроблений фах1вцями М!чи-ганського унiвеpситету на замовлення Свгто-вого банку для пpоектiв, як розробляють в Африщ. Але з часом популярнють цього по-казника зросла, i сьогоднi вiн е одним з ос-новних у свт [7].
3 клас мютить так званi прилади дii у вщповщь. Так системи рееструють ди-намiчний вплив на механiзм приладу в результат! пpоiзду лабораторп з поспйною швидшстю вздовж дшянки. До цiеi групи належать поштовхом1ри р!зних модифiкацiй, прич!пш установки, як рееструють коливання пiдpесоpеноi частини транспортного засобу.
4 клас. Експертне ощнювання, що здшснюеться експертами, як використовують спещальну шкалу з визначення IRI чи !ншого показника, залежновiд стану дороги.
Шд час обстеження р1вносп автомо-бшьних дор!г р!вшсть на мостах, шляхопро-водах та !нших iнженеpних спорудах окремо не вимipюеться, але навiть якюно спроекто-ваш та виконанi дефоpмацiйнi шви завжди показують неpiвностi у мостовому полотш автодоpожнiх моспв (рис. 1). Так неpiвностi е причиною виникнення значних динамiчних навантажень, особливо у випадках пpоiзду автомобiлiв великоi вантажопiдйомностi. Динамiчна д!я тд час цього процесу впливае i на конструкщю деформацшного шва, i на
транспортний заздб, i на пасажиpiв, а також позначаеться на конструкцп штучно!* споруди.
Рис. 1. Профшь BR 93 деформащйного шва
Dewmark bridge
Результатами динамiчного впливу е пiдвищений знос деталей автомобшя та де-формащйних шв!в, розвиток втомних пош-коджень, зниження комфортност про1'зду на деформацшних швах та безпеки руху в цш зон! мостового полотна, загальш та локальнi пошкодження дорожнього одягу мостового полотна i несучих конструкцш мосту [8].
Ведомо, що деформацп, що спричиняють-ся транспортними засобами е найбiльш часто- повторюваними. Вони невелик, але призводять до руйнування дефоpмацiйних шв!в (рис. 2), знижуючи показники р!вносп.
Рис. 2. Руйнування шаpiв дорожнього одягу вздовж дефоpмацiйного шва шляхопрово-ду на автомобiльнiй дороз! М 29 Харкв-Кpасногpад-Пеpещепiно (Люботин-
Мерефа) в селищi Люботин
Зважаючи на вищесказане, для ощнюван-ня р!вност бшьш доцшьним буде застосу-
вання методик першого та другого клаЫв , як дозволяють визначити фiзичний профiль дороги та лока^зувати нерiвностi [9], зокрема ri, що виникають в мюцях сполучення мосту з насипом та в райош деформацшних швiв.
Ou^biOW* * 00™*«™ .1 ... ... ,'Ep.dadP, • W.ifpA ibfcmhid X ■ Ч У
PR0VAL «"""■'и—м» Ml ЯВИ »»И! Ill ЯМ
Many Different Profilers... One Standard Software
Рис. 3. Програмний комплекс ProVAL 3.61.29 для розрахунку IRI
Для аналiзу таких нерiвностей було здшс-нено моделювання про'зду автомобiля за до-помогою програмного комплексу ProVAL 3.61.29 (Profile Viewing and Analysis), розро-бленого в 1нститут транспортних дослщжень Мiчiганського ушверситету (University Michigan Transportation Research Institute -UMTRI). Цей комплекс (рис. 3) мютить по-казники, за якими можна ощнювати поздов-жню рiвнiсть дорожнiх покритав, а також модулi статистичного аналiзу даних, отрима-них в результатi використання профшомет-ричних систем [10, 11].
Результати розрахунку рiвностi пiд час руху автомобшя ^зь сходинку (рис. 4) де-формацiйного шва в мющ сполучення мостового полотна з насипом подаш як графiк на рис. 5. Нерiвнiсть прийнята за висоту до 5 см.
Рис. 4. Сходинка, що утворюеться в мiсцi деформацшного шва
Рис. 5. Результат розрахунку рiвностi пiд час руху автомобшя ^зь деформацiйний шов у мющ сполучення мостового полотна з насипом
Графж змiни рiвностi, тобто MrnTeBi су-марнi коливання пiдвiски розрахункового автомобшя пщ час руху вздовж заданого профшю демонструе, що коливання суттево перевищують нормативнi за показником без-
пеки, якi встановлено вщ 3,5 до 4,0 м/км, за-лежно вiд кра'ни.
Аналiз отриманого графка доводить, що у разi наявностi такого показника iндексу рiв-ностi (IRI =10,8 м/км) безпека руху значно
знижуеться: юнуе небезпека вщриву колеса автомобшя внаслiдок динамiчного удару.
Можна зробити припущення, що вна-слщок коливальних рух!в та зворотньо1' реак-yii шдвюки пропорцшно мют сприймае та-кий же вплив, як i автомо6iль.
Висновки
Конструкщя штучних споруд вщр!зняеть-ся вщ конструкцн дороги, i неpiвностi на них за сво!ми параметрами також вщр!зняються вщ неpiвностей на дороз! Неpiвностi на прох'знш частит моспв мають меншу дов-жину хвил! та 6шьш р!зкий обрис форми, тому тд час обстеження автомо6iльних дорн обов'язково потр!6но видшяти штучш спо-руди окремо, а не покшометрово.
Нео6хiдно далi здшснювати науковi до-слiдження щодо впливу форми i розм!р!в де-формацшних шв!в та шших елементiв штучних споруд на умови руху автомобшв i, вщповщно, на споруди. Бшьш детальне визначення р!вносп на дшянках автомобшь-них дорщ що мютять штучш споруди, дозволить вчасно виявляти дефекти дорожнього покриття споруд, як! негативно впливають на комфортшсть руху, зокрема на споруду.
Л1тература
1. ДСТУ 8745:2017 Автомобшьш дороги. Мето-ди вим!рювання нер!вностей основи i покриття дорожнього одягу [Чинний вщ 2019-01-01]. Вид. офщ. Ки1в, 2017. 36 с (Держспо-живстандарт Украгни).
2. П-Г.1-218-113:2009 Техшчш правила ремонту та утримання автомобшьних дор!г загального користування Укра1ни [Чинний вщ 2009-0704]. Вид. офщ. Ки1в, 2009. 181 с. (Держспо-живстандарт Украгни).
3. ДСТУ- Н Б В.2.3-23:2012 Споруди транспорту. Настанова з ощнювання i прогнозування техшчного стану автодорожшх моспв[Чинний вщ 2013-12-01]. - К.: Мшрепонбуд Укра1ни, 2013. - 27 с. (Нацгональний стандарт Украгни).
4. Смолянюк Р. В., Юяшко I. В. Розвиток й удос-коналення сучасних технологш ощнки р!в-носп дорожшх покритпв. Автошляховик Украгни. - К. : Держ. автотр. наук. досл. i про-ектн. ш-т, 2007. - № 5. - С. 39-42.
5. Смолянюк Р. В., Смолянюк Н. В. Вплив р!в-носп покриття штучних споруд на умови руху Матергали всеукрагнськог науково-практичног конференцИ «Сучаснг технологи будгвництва та експлуатацИ автомобшьних дор1г». -Харюв: ХНАДУ, 2016. С. 112-117.
6. Смолянюк Р. В. Сучасш пересувш лаборатори для ощнки споживчих властивостей автомобшьних дорт Проектування, 6уд1вництво
та експлуатац1я нежорстких дорожнгх одяг1в. Матергали мгжнародно'г науково-практичног конференцгг, яка присвячена 80-р1ччю ХНАДУ та дорожньо-будгвельного факультету.- Харюв: ХНАДУ. С. 138-146.
7. Sayers M. S. "Two Quarter-Car Models for Defining Road Roughness: IRI and HRI." Transportation Research Record 1215, 1989, pp. 165-172.
8. Ефанов А. В. Моделирование динамического взаимодействия системы «транспортное средство - деформационный шов автодорожного моста» Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы III Всерос. конф.: в 3 т. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2005. -Т. 1. - С. 78-82.
9. Miroslav Simun, Mate Srsen Ravnost kolni^kih zastora na grayevinama cestovne infrastrukture. GRACEVINAR. 2007. No 59. P. 395-405.
10. Sayers M. W., Karamihas S. M. The little Book of Profiling. Basic Information about Measuring and Interpreting Road Profiles. Michigan: The University of Michigan Transportation Research Institute, 1998. - 306
11. ProVAL User's Guide. Austin: http://www.roadprofile.com/download/ProVAL-3.2-Users-Guide.pdf
References
1. DSTU 8745:2017 Avtomobil'ni dorohy. Metody vymiryuvannya nerivnostey osnovy i pokryttya dorozhn'oho odyahu. [Highways. Methods of measuring the unevenness of the base and the covering of roadwear]. [Chynnyy vid 2019-0101]. Vyd. ofits. Kyyiv, 2017. 36 s (Derzh-spozhyvstandart Ukrayiny) [in Ukrainian].
2. P-H.1-218-113:2009 Tekhnichni pravyla remontu ta utrymannya avtomobil'nykh dorih zahal'noho korystuvannya Ukrayiny [Technical rules for repair and maintenance of public roads of Ukraine] [Chynnyy vid 2009-07-04]. Vyd. ofits. Kyyiv, 2009. 181 s. (Derzhspozhy-vstandart Ukrayiny) ). [in Ukrainian].
3. DSTU- N B V.2.3-23:2012 Sporudy transpor-tu. Nastanova z otsinyuvannya i prohnozuvannya tekhnichnoho stanu avtodorozhnikh mostiv [Transport-Tu structures. Guidance on the evaluation and prediction of the technical condition of road bridges] [Chynnyy vid 2013-12-01]. - K.: Minrehionbud Ukrayiny, 2013. - 27 s. (Natsion-al'nyy standart Ukrayiny) [in Ukrainian].
4. Smolyanyuk R. V., Kiyashko I. V. Rozvytok y udo-skonalennya suchasnykh tekhnolohiy otsinky rivno-sti dorozhnikh pokryttiv. [Development and improvement of modern technologies of estimation of equalsti pavements] Avtoshlyakhovyk Ukrayiny. - K. : Derzh. avtotr. nauk. dosl. i proektn. in-t, 2007. - № 5. - S. 39-42 [in Ukrainian].
5. Smolyanyuk R. V., Smolyanyuk N. V. Vplyv rivnosti pokryttya shtuchnykh sporud na umovy rukhu [nfluence of the Equity of Covering Artifi-
cial Structures on Traffic Conditions] Materialy vseukrayins'koyi naukovo-praktychnoyi konfer-entsiyi «Suchasni tekhnolohiyi budivnytstva ta ek-spluatatsiyi avtomobil'nykh dorih». - Kharkiv: KHNADU, 2016. S. 112-117 [in Ukrainian].
6. Smolyanyuk R. V. Suchasni peresuvni laboratoriyi dlya otsinky spozhyvchykh vlastyvostey avtomobi-l'nykh dorih. [Modern mobile laboratories for assessing the consumer properties of highways] Proektuvannya, budivny-tstvo ta ekspluatatsiya nezhorstkykh dorozhnikh odyahiv. Materialy mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi, yaka prysvyachena 80-richchyu KHNADU ta dorozhn'o-budivel'noho fakul'tetu.- Kharkiv: KHNADU. S. 138-146 [in Ukrainian].
7. Sayers M. S. "Two Quarter-Car Models for Defining Road Roughness: IRI and HRI." Transportation Research Record 1215, 1989, pp. 165-172.
8. Yefanov A. V. Modelirovaniye dinamicheskogo vzaimodeystviya sistemy «transportnoye sred-stvo - deformatsionnyy shov avtodorozhnogo mo-sta» [Modeling the dynamic interaction of the system "vehicle - expansion joint of the road bridge"] Innovatsionnyye tekhnologii v obuchenii i proizvodstve: materialy III Vseros. konf.: v 3 t. -Volgograd: Izd-vo VolgGTU, 2005. - T. 1. -S. 78-82 [in Russian].
9. Miroslav Simun, Mate Srsen Roadway curtain equality on road infrastructure structures. Gradevinar. 2007. No 59. P. 395-405. [in Croatian].
10. Sayers M. W., Karamihas S. M. The little Book of Profiling. Basic Information about Measuring and Interpreting Road Profiles. Michigan: The University of Michigan Transportation Research Institute, 1998. - 306.
11. ProVAL User's Guide. Austin: http://www.roadprofile.com/download/ProVAL-3.2-Users-Guide.pdf
Смолянюк Роман Володимирович1, к.т.н., доц. каф. будiвництва та експлуатацп автомобшьних дор^ iM. О.К. Бiруля, e-mail: mailto:rc@khadi.kharkov.ua", тел. +380503237342 Смолянюк Нащя Володимирiвна2, к.т.н., доц. каф. моспв, конструкцш та будiвельноï мехашки, e-mail:mailto:kmksm@ukr.net", тел. +380507472604,
Старцев Валерш Анатолшович3, асшрант каф. моспв, конструкцш та будiвельноï механiки, email:
newbie ez@outlook.com, тел. +380958112643, Захарченко Максим Романович4, студент каф. моспв, конструкцш та будiвельноï мехашки, email: lordtigiron@gmail.com", тел. +380954533592. ^арювський нацюнальний автомобшьно-дорожнiй унiверситет, 61002, Украша, м. Харкiв, вул. Ярослава Мудрого, 25.
Моделирование влияния технологических неровностей мостового полотна на условия движения автомобиля
Аннотация. В статье представлены и проанализированы результаты проведенного моделирования влияния технологических неровностей мостового полотна в местах сопряжения с насыпью и в районе деформационных швов на условия движения автомобиля с помощью программного комплекса ProVAL. Ключевые слова:, искусственные сооружения, мостовое полотно, ровность, международный индекс ровности (IRI), деформационный шов.
Смолянюк Роман Владимирович1, к.т.н., доц. каф. строительства и эксплуатации автомобильных дорог им. О.К. Бируля, e-mail: mail-to:rc@khadi.kharkov.ua", тел. +380503237342, Смолянюк Надежда Владимировна2, к.т.н., доц. каф. мостов, конструкций и строительной механики, e-mail:, mailto:kmksm@ukr.net тел. +380507472604,
Старцев Валерий Анатольевич3, аспирант каф. мостов, конструкций и строительной механики, e-mail: newbie ez@outlook.com", тел. +380958112643,
Захарченко Максим Романович4, студент каф. мостов, конструкций и строительной механики, email: lordtigiron@gmail.com", тел. +380954533592. 1Харьковський национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25.
Modeling the influence of technological inequalities on a bridge floor on traffic conditions Abstract. Problem. Road pavement roughness is one of the most important indicators for road transport and operational status of roads. It depends on the convenience, safety and speed of cars, the dynamic impact of the car on the road and artificial structures, transport costs, and finally, the main indicators that determine the operation of road transport -the cost of transportation and productivity of transport. At present, there is a rather important problem in Ukraine related to estimation of this indicator: Measurement of the highway roughness is carried out by kilometer, while the roughness of the road surface of artificial structures is not evaluated separately. Goal. The aim is to investigate the influence of bridges inequalities at the junction of the bridge with the embankment and in the area of deformation joints on the conditions of traffic. It is necessary to develop a model of these inequalities with the help of modern software systems and analyze the results obtained to achieve this goal. Methodology. There are 4 classes of methods and techniques for assessing equality in international practice. In order to evaluate equality for our purposes, it would be more appropriate to apply first- and second-class techniques that allow the determination of the physical profile of the road and the localization of inequalities, in particular those occurring at the junc-
tion of the bridge with the embankment and in the area of deformation joints. Equality is assessed using a special program that simulates the movement of a "golden " car on a measured profile. This technique is fundamental in measuring the International Road Index (IRI). Results. The graph of the change of equality (or in other words the instantaneous total fluctuations of the suspension of the vehicle when driving on a given profile) shows, that fluctuations exceed safety norms significantly. The analysis of the obtained graph shows that the traffic safety is much reduced with such an index of equality, this leads to the risk of the car losing the wheel during the dynamic impact. Originality Based on the obtained results, we can assume that proportionally, due to the oscillatory motions and the feedback response of the suspension, the artificial structure perceives the same impact as the car. Further research should be conducted on the effect of the shape and size of deformation joints and other elements of artificial structures on the conditions of movement of cars and, accordingly, on structures. Practical value. The construction of artificial structures is different from the construction of the road, so it is imperative to separate the artificial structures for one kilometer when examining the roads. A more detailed definition of
equality in road sections containing artificial structures will allow detecting the defects in the pavement of structures that adversely affect both the comfort of traffic and the structure as a whole on time. Key words: engineering structures, bridge floor, smoothness, IRI, expansion joint
Smolyanyuk Roman V1., Ph.D., associate professor department of road building and maintenance, e-mail: rc@khadi.kharkov.ua, tel. +380503237342, Smolyanyuk Nadiya V2., Ph.D., associate professor department of bridges and structures and structural mechanics, e-mail: kmksm@ukr.net, tel. +380507472604,
Startsev Valerii A3, graduate student department of bridges and structures and structural mechanics, email: newbie ez@outlook.com, тел. +380958112643,
Zakharchenko Maksim R4, student department of bridges and structures and structural mechanics, email: lordtigiron@gmail.com, тел. +380954533592. iKharkov National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudrogo str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
