Повышение транспортно-эксплуатационных качеств сборных дорожных покрытий на отгонах виражей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПОВЫШЕНИЕ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СБОРНЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОТГОНАХ ВИРАЖЕЙ

В.К. КУРЬЯНОВ, декан лесоинженерного факультета, зав. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТа, д-р техн. наук,

Д.Н. АФОНИЧЕВ, доц. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТа, канд. техн. наук

На автомобильной дороге, имеющей сборное покрытие, вираж может быть выполнен в традиционном виде - односкатное покрытие с уклоном к центру закругления [1]. В конструктивном отношении устройство виража традиционным способом не представляет сложности, проблемой в таком случае является устройство отгона виража, так как вращение поверхности проезжей части требует изменения поперечного уклона укладки дорожных плит, а это является причиной искусственного создания пороговых уступов в поперечных швах [2].

Отгон виража имеет определенную длину 1ов, которая должна удовлетворять условию

Вп„ А.

I >■

0 кр в

доп

где: В0кр - ширина проезжей части на кривой, м;

1в - поперечный уклон виража;

1доп - дополнительный продольный уклон внешней кромки проезжей части (максимально допустимое значение) [1].

Формирование односкатного профиля осуществляется в два этапа: 1 - вращение внешнего ската относительно оси покрытия (по отношению к центру закругления) на участке длиной 1ов 1, при этом его поперечный уклон изменяется от г„ до г„ (1„ - поперечный уклон поверхности проезжей части на прямой вставке), то есть в конце этого участка поверхность проезжей части становится односкатной; 2 - вращение односкатной поверхности проезжей части относительно ее внутренней кромки на участке длиной 1ов2, при этом поперечный уклон изменяется от г„ до гв. На всем протяжении отгона виража до-

полнительный продольный уклон внешней кромки проезжей части ¡доп, равный

В0 крК

ов

а значит

I. '

является величиной постоянной,

^ доп

Во (о, )

I

ов1

где В0(1ов1) - ширина проезжей части на расстоянии 1ов1 от начала отгона виража, м.

Приравнивая выражения для гдоп, можно получить

к = 1о1 = В0 ((ов1 К . (1)

1 I В0 I

ов 0кр в

Ширина проезжей части на кривой составляет

Во Кр = Во +А = Во + Ан +Ав,

где: В0 - ширина проезжей части на прямой вставке, м;

А - уширение проезжей части на круговой кривой, м;

Ан, Ав - соответственно уширение внешнего (наружного) и внутреннего скатов проезжей части на круговой кривой, м.

В пределах отгона виража уширение проезжей части изменяется по линейному закону, то есть

во (К«, ) = во + к,а = во +(а н + а в) к1, с учетом этого выражение (1) принимает вид К(Во + к1А) , откуда можно выразить к1:

к1 =

\ (Во + а)

к =

тВп

1 Во +А(1 -т )

(2)

где т = — - относительным показа-

к

тель, выражающий поперечный уклон поверхности проезжий части на прямой в долях от поперечного уклона виража. Параметры к1 и к2 показывают долю участков формирования виража от длины отгона:

= (В0 + А)(1-т). (3) в0 + А(1 -т)

Исследуем закономерность измерения поперечного уклона проезжей части в пределах отгона виража. Для этого рассмотрим сечение покрытия на расстоянии I от начала отгона, которое характеризуется от-

„ , I

носительной координатой к = —.

Возможны два варианта: 0 < к < к1, при этом гов1 = гп,

2кге (Во + А)- гп (Во + 2к А е).

I 2 =•

ов 2

Во + 2к А н

, , • 7- В0 + А к1< к < 1, когда гов = кг в —0-

к2 =1 - к1 =■

В0 + кА '

Полученные зависимости поперечного уклона отгона виража гов становятся линейными при А = 0 и Ан = 0, но названные параметры малы, а следовательно их влияние на значения гов несущественно. Данный факт наглядно демонстрирует рис. 1. Таким образом, можно считать, что поперечный уклон возрастает линейно по длине отгона виража.

0,5 ^

1, 4 -

ов 2 .

2, 5 -

ов1 .

3, 6 -

ов1

г„

—^; А = 1,0; А = 0,2 гв гв гв гв В0 В0

Рис. 1. Графики зависимости поперечного уклона проезжей части отгона виража от положения на переходной кривой

Количество плит, которые можно уложить в колесопровод на отгоне виража, равно п = — (Ь - длина плиты, м), причем, на

протяжении участка длиной /

ов1 ,11

п =

I

_ ов1

Ь '

а на

I

участке длиной /ов 2 п2 = . Ввиду линейно-

Ь

сти функции гов = _Дк) можно легко найти изменение поперечного уклона на одну плиту, которое составит:

Ь = — = 2гпЬ при к < к1.

П1 1ов1

г = гв - гп = Ь (гв - гп )

г0 =

I

при к > к1. (4)

*2 2 Максимальная величина порогового уступа будет у края плиты и составит

И = , откуда г0 = . Подставив г0 в формулы (4), можно получить зависимости для определения 1ов1 и /ов2:

г ВЬ ВЬ (г - г )

/„., > ^—; /о„2 > и ^, (5)

ов1

И ' ов 2 2И

'V у

где 5 - ширина колесопровода на кривой, м.

Неравенства (5) определяют множества значений /ов1, /ов2 обеспечивающих заданную величину порогового уступа. На рис. 2 показаны графики зависимости предельных значений /ов1 и /ов2 от параметров плиты при Иу = 3 мм. Из представленных графиков видно, что /ов1, /ов2 возрастают с увеличением размеров плиты, а значит не во всех случаях можно обеспечить допустимое значение величины порогового уступа. Возможны два варианта решения этой проблемы: применение нетиповых конструкций плит для отгонов виражей; устройство ступенчатого виража.

На рис. 3 представлены принципиальные схемы дорожных плит для отгонов виражей, исключающие пороговые уступы в поперечных швах: с искривленными опорной и ездовой постелями, у которых один угол не лежит в плоскости, образованной оставшимися тремя углами (одним из вариантов искривления постели является «перелом» по диагонали); треугольные плиты; четырехугольные плиты; комбинации перечисленных конструкций. Все перечисленные конструктивные варианты можно назвать плитами сложной геометрической формы.

Рис. 2. Графики зависимости предельных значений длин участков отгона виража от длины и ширины плиты

Плиты сложной геометрической формы укладываются на спланированное основание, поперечный уклон поверхности которого определяется рисунком 1. Для обеспечения плотного контакта плит с основанием и друг с другом в двухслойных покрытиях целесообразно производить их укладку на выравнивающий песчаный слой (при необходимости производится укрепление вяжущими), строительный раствор. Возможно использовать гибкие плиты [3], облегающие сложную поверхность под собственным весом.

Для плиты с искривленной ездовой поверхностью превышение угла относительно плоскости, образованной остальными тремя, составляет И0 = Д0, причем для головного участка отгона виража

(к < к1) К = 2Ш~

l

а для глубинного -

(к > ki) h =

BL (i, - ¡я)

l

ов 2

На рис. 4 представлена поверхность зависимости превышения угла плиты, имеющей искривленную ездовую поверхность

над плоскостью остальных трех углов от параметров отгона виража. Как видно из рис. 4, значения h0 не превышают 6 мм, что создает технологические сложности при изготовлении плиты, а поэтому использование плит с искривленными ездовыми поверхностями не всегда может быть оправдано.

Для сборных покрытий однополосных дорог целесообразно применение ступенчатых виражей, преимуществом которых является то, что отгон виража можно сформировать путем придания дополнительного продольного уклона внешнему колесопро-воду полосы движения. Устройство ступенчатого виража на двухполосных дорогах сопряжено с одной конструктивной проблемой - обеспечением водоотвода из межколейного или межпутного пространств.

Превышение оси внешнего колесопро-вода над осью внутреннего h равно h = Sie, где S - расстояние между осями колесопро-водов на круговой кривой, м.

В количественном виде h находится в пределах 4-12 см при ie = 20...60 %о, что вполне допустимо по условию обеспечения устойчивости вышележащего колесопровода.

Рис. 3. Принципиальные схемы дорожных плит сложной геометрической формы: а - плита с

исправленными постелями (ломаная); б - треугольная плита; в - четырехугольная плита

Рис. 4. Поверхность значений превышений угла плиты с искривленной поверхностью над плоскостью остальных трех углов при 2гп = 10 %о и гв - гн = 10 %о

Рис. 5. Расчетная схема для определения поперечного уклона транспортного средства

Поперечный уклон автотранспортного средства при движении по ступенчатому виражу, направленный на компенсацию поперечной силы, зависит от колеи данного транспортного средства sг и положения на покрытии, определяемого координатой внутреннего колеса оси транспортного средства у. Расчетная схема показана на рис. 5. Превышение колеса над внутренней кромкой внутреннего колесопровода составляет угп, превышение второго колеса над осью

внешнего колесопровода равно

V В V

£ +---- у I г, а его превышение над

2 г ) п

внутренней кромкой внутреннего колесо-провода будет

Вгп + Я + ^£ + В - 5,- - у^гп = Я + ( + В - 5,, - у)гп •

Данное положение позволяет определить поперечный уклон транспортного средства гптс:

Sie +( S + B - st - 2 y ) in

(б)

Из выражения (6) видно, что с увеличением у параметр ¡„тс: убывает, а, следовательно, минимальное значение ¡„тс будет при у = В

i mm _

nmc

Si +(S - B - s.)i

_ в \ i / n

(7)

Максимальное значение inmc будет при у = 0

Si + (S + B -s.)i

в y i / п

i max _ в nmc

(8)

Значение ¡т необходимо сравнивать с величиной поперечного уклона, определенного в зависимости от скорости и коэффициента поперечной силы и если оно меньше, то следует либо увеличить ¡в, либо ограничить скорость.

Превышение внешнего колесопрово-да над внутренним создает выступ внутренней кромки внешнего колесопровода над наклонной поверхностью, соединяющей оси колесопроводов. Величина этого выступа

Д

равна ^(¡„ + ¡в) и составляет 20...90 мм, а

значит она не представляет опасности для транспортных средств, имеющих высоту клиренса более 100 мм.

Необходимый дополнительный продольный уклон оси внешнего колесопровода на отгоне виража составляет

я + (А- 0,5Г)) , (9)

i_

I

где t - уширение колесопровода на кривой, м.

Дополнительный продольный уклон внешней кромки проезжей части при устройстве отгона ступенчатого виража равен

. = Sie +(А-t) 1п . (10)

доп i

ов

Из формулы (10) можно записать выражение для определения длины отгона ступенчатого виража

> Sie + (А-1)) . (11)

ов — .

доп

В сечении отгона виража, имеющем относительную координату к, поперечный уклон ioe составляет ioe = kie.

Выводы

1. Устройство отгона виража на дорогах со сборными покрытиями представляет сложную техническую проблему. Ее решение может быть осуществлено тремя путями: 1 -разворотом плит в поперечном профиле относительно друг друга с образованием пороговых уступов в поперечных швах; 2 - применением нетиповых конструкций дорожных плит; 3 - устройством ступенчатых виражей.

2. Установлены значения длин отгонов виражей, обеспечивающих укладку плит с образованием пороговых уступов не более 3 мм.

3. В результате анализа закономерностей изменения поперечного уклона проезжей части вдоль отгона виража установлено, что данный уклон возрастает по линейному закону, а значит, отгон виража на дорогах со сборными покрытиями можно обеспечить изменением поперечного уклона плит на одну и ту же величину, созданием конструкций плит, у которых один угол выше других трех, дополнительным продольным уклоном внешнего колесопровода полосы движения.

4. Необходимое возвышение угла плиты нетиповой конструкции над плоскостью трех других ее углов зависит от ее плановых размеров и длины отгона виража и составляет до 6 мм.

5. Конструкция ступенчатого виража отличается простотой, так как не требует изготовления нетиповых плит и образования пороговых уступов. Геометрические параметры ступенчатых виражей обеспечивают безопасное движение транспортных средств с высотой клиренса более 100 мм.

Список литературы

1. СНиП 2.05.07-91. Промышленный транспорт. -М.: АПП ЦИТП, 1992. - 120 с.

2. Высоцкий Ю.Н., Петешов Ю.В. Оценка эксплуатационного состояния сборных дорожных покрытий // Вопросы проектирования дорожных одежд со сборными и монолитными це-ментобетонными покрытиями: сб. научн. тр./ СоюздорНИИ. - М.: Транспорт, 1983. -С. 42-48.

3. Коновалов Б.В. Бетон, который прогнулся Аргументы и факты // Золотое кольцо. - № 32. -

1996. - С. 2.

s

s

s