3.Транспортные нагрузки. Характеристика и классификация.
По автомобильным дорогам обращаются транспортные средства различной конструкции, конфигурации, назначения и грузоподъемности, которые приводят к появлению напряжений и деформаций в конструктивных слоях, развитие повреждаемости в строительстве и в последующем потери их прочности и несущей способности.
Каждое транспортное средство в виду особенностей его конструкции по-разному влияет на напряженное состояние дорожной одежды, поэтому важно знать основные характеристики транспортных средств и их влияние на напряженное состояние.
К основным характеристикам транспортных средств относят:
Грузоподъемность;
Количество осей и колес на оси;
Нагрузки на ось и колесо;
Параметры и характеристики шин колеса.
Грузоподъемность автомобилей может достигать 60 т. Количество осей 6-8 нагрузок на ось 13-15 т. Очень важное значение имеет конструкция и характеристика шины автомобиля. При контакте с покрытием особое значение приобретает ширина и длина беговой дорожки. Ширина беговой дорожки (В) (Рис. 1.2.3) мало зависит от грузоподъемности автомобиля и скорости движения. Она определяется, в основном, конструкцией шины.
Для большинства шин грузовых автомобилей В=20-30 (см).
длина беговой дорожки L (рис. 1.2.4) зависит как от конструкции ширины, так и нагрузки Qн. Связано это с тем, что в продольном направления происходит вертикальная деформация (смятие шины).
Вертикальная деформация определяется как:
f=
,
(1.2.1.)
где а, в – константы шин, которые принимаются по справочнику в зависимости от их конструкции.
Qн - нормативная нагрузка на колесо.
Qн=
,
(1.2.2)
где Qн - нагрузка на ось ;
n-число колес на оси;
Кд-коэффициент динамичности, равный 1,1-1,3, зависит от типа и конструкции подвески;
Рw – давление воздуха в шине.
Если известно значение f и B, то можно определить L:
L=
,
(1.2.3)
где Dш - наружный диаметр шины;
f - прогиб.
Используя значения B и L, можно определить такую важную характеристику, как площадь отпечатка следа колеса на покрытии:
F=
,
(1.2.4)
Конфигурация отпечатка бывает различной от круга, до прямоугольника (Рис. 1.2.5):
Рис. 1.2.5- Виды отпечатка следа колеса на покрытии
В зависимости от формы отпечатка вычисляют F. Зная форму и площадь отпечатка, можно определить такой важный показатель, как удельное давление колеса на покрытие (сила на ед. площади).
Удельное давление Р равно:
Р=
,
(1.2.5)
В целом, эпюра давления на покрытии имеет сложный характер (Рис. 1.2.6:
Рис. 1.2.6- Эпюры распределения давления шины на покрытии
1-статическое неподвижное положение
2- подвижное положение.
Вычисленные по формуле (2.1.5) давления являются средними. Учитывая сложный характер отпечатка колеса и характер распределения нагрузки для упрощения построения расчетных схем и выполнения практических расчетов сложный отпечаток (прямоугольник, эллипс) заменяют равновеликим по размерам кругом.
Характеризуется данный круг эквивалентных диаметром (Рис. 1.2.7),
Рис. 1.2.7- Схема к определению эквивалентного диаметра
Dэ – эквивалентный диаметр круга, равновеликого отпечатку следа колеса.
Dэ
=
,
(1.2.6)
Данная методика определения F, Dэ, P принята в странах Евросоюза. В России и некоторых странах СНГ принята упрощенная методика, в соответствии с которой Dэ вычисляется по формуле:
Dэ=
,
(1.2.7)
В этом случае F отпечатка получают сразу как круг.
F=
,
P=
.
(1.2.8)
Таким образом, параметрами, характеризующими влияние транспортного средства на работу дорожного покрытия и дорожной одежды, являются:
1)нагрузки на ось и колеса расчетного автомобиля Qo и Qн;
2) эквивалентный диаметр и площадь круга Dэ и F, равновеликого отпечатку следа колеса.;
3) удельное давление колеса на покрытие Р.
На участках разгона и торможения, а также уклонах более 30 ‰, кроме вертикальной нагрузки Qн может учитываться горизонтальная сила Тг (Рис. 1.2.8).
Тг=(0,5-1,0)*Qн, (1.2.9)
Рис. 1.2.8- Схема приложения горизонтальной силы
Учет (Тг) способствует росту Dэ и Р.