Приложение 03_03 "Требования к геометрии автомобильной дороги"

 

Далее рассмотрим криволинейные участки в продольном профиле и условия движения по ним. В случае движения по выпуклой вертикальной кривой на автомобиль действует сила инерции, направленная от центра кривизны.

При этом вес автомобиля (сила, с которой он воздействует на поверхность покрытия) уменьшается. Пренебрегая, значением угла между векторами центробежной силы и силы тяжести, можно записать, что вес автомобиля изменится (уменьшится) на величину, равную значению центробежной силы:

, где

 

 [м/с] – скорость движения автомобиля;

 [м] – радиус вертикальной кривой

        

В силу уменьшения веса автомобиля, снижается и значение коэффициента сцепления. Коэффициент сцепления: безразмерная величина, равная отношению тягового усилия на ободе ведущего колеса к доле силы тяжести автомобиля, приходящейся на это колесо в момент проскальзывания:

 

 

Фактически, коэффициент сцепления характеризует предельное значение тягового усилия, по отношению к силе тяжести, приходящейся на данное колесо. При большем значении тягового усилия связь между поверхностью покрытия и колесом теряется, начинается пробуксовывание. (для а/б покрытий 0,5)

Полагая коэффициент сцепления постоянной величиной, характеризующей только качественное состояние поверхности покрытия проезжей части, очевидно, что максимальное тяговое усилие (по сути характеризующее устойчивость автомобиля) снижается вместе со значением веса автомобиля. Это изменение пропорционально квадрату скорости движения и обратно пропорционально радиусу вертикальной кривой. Поэтому для больших значений расчётной скорости из условия устойчивости автомобиля необходимо вводить большие радиусы вертикальных кривых.  

В случае движения автомобиля по вогнутой вертикальной кривой, центробежная сила, напротив, приводит к увеличению его веса. Логично предположить, что в этом случае устойчивость автомобиля повышается (максимально возможное значение тягового усилия возрастает). Но вместе с тем, возрастает и нагрузка на ходовую часть автомобиля. Так, для расчётной скорости 80 км/ч, при движении по вогнутой вертикальной кривой радиусом 1000 м, значение центробежной силы составит:

Приложение 03_04 "Требования к геометрии автомобильной дороги"

 

Инерционные силы действуют на автомобиль и при его движении на кривой в плане (в горизонтальной плоскости). При определённом сочетании скорости движения и радиуса кривизны возможен занос автомобиля или его опрокидывание. Поэтому для определения минимально допустимого радиуса кривой в плане следует исходить из значения расчётной скорости.  

Рассмотрим случай движения автомобиля по участку проезжей части с поперечным уклоном i. Запишем сумму проекций всех сил, действующих на автомобиль, на ось, проходящую через его центр масс и параллельную поверхности покрытия проезжей части:

 

 

Раскрывая значение центробежной силы и, учитывая возможность различного направления поперечного уклона, получим:

 

 

Для того чтобы получить относительный показатель, характеризующий условия движения на кривой в плане, независящий от массы автомобиля, разделим полученную сумму на значение силы тяжести:

 

 

Полученный коэффициент называют коэффициентом поперечной силы. Он показывает, какую долю составляет сумма всех сил, которые стремятся сместить автомобиль с кривой при данных сочетаниях радиуса, скорости движения и поперечного уклона проезжей части по отношению к силе тяжести, действующей на автомобиль. Выразим значение радиуса:

;  ;  ; 

 

 

Таким образом, получили выражение для определения допустимого значения радиуса кривой в плане при определённой величине расчётной скорости. Условия движения при этом будут характеризоваться коэффициентом поперечной силы:

-при  m < 0,10 – кривая пассажирами не ощущается;

-при  m = 0,20 – ощущается и пассажир испытывает неудобства;

-при  m = 0,30 – въезд с прямого участка на кривую ощущается как толчок, наклоняющий пассажиров в бок;

-при  m > 0,6 – автомобиль может опрокинуться.

 

Так, для расчетной скорости 150 км/ч, и коэффициенте поперечной силы, равном 0,15 получим минимально допустимое значение радиусов кривых в плане (поперечный уклон равен 0):

 

 

Как видно, поперечный уклон проезжей части может как способствовать, так и препятствовать устойчивости автомобилей на кривой. Так, на участках, где по каким-либо причинам затруднительно обеспечить требуемое минимальное допустимое значение радиуса кривой, проезжей части придают определённый поперечный уклон с увеличением высотных отметок от центра кривой. Плавное изменение поперечного уклона на подходах к криволинейному участку называется вираж. Поперечные уклоны проезжей части на виражах варьируются в зависимости от радиусов кривых. Переход от двускатного поперечного профиля к односкатному следует осуществлять на переходных кривых.

В пределах переходных кривых происходит плавное изменение радиуса от ∞ в начале до радиуса основной (круговой кривой) в конце. Переходные кривые с круговой вставкой называют составной кривой. Составные кривые необходимо проектировать при радиусе кривизны менее 3000 м на автомобильных дорогах I технической категории и менее 2000 м для II-V технических категорий. Виды переходных кривых: радиоидальная спираль, лемниската, кубическая парабола, коробовые кривые.

Величина радиуса кривой определяет также расстояние видимости в плане. Таким образом, минимально допустимые радиусы кривых в плане определяются из условия устойчивости автомобиля на кривой и обеспеченности расстояния видимости.

Радиусы смежных кривых в плане не должны отличаться более чем в 1,3 раза (коэффициент безопасности). Не рекомендуется короткая прямая вставка между двумя кривыми в плане, направленными в одну сторону. При длине менее 100 м рекомендуется заменять обе кривые одной, большего радиуса, при длине 100 – 300 м рекомендуется заменять прямую вставку переходной кривой большего параметра.

Помимо криволинейных участков в плане, отдельные требования предъявляются и к прямолинейным участкам. Длину прямых вставок ограничивают в зависимости от технической категории и типа рельефа. Так для автомобильной дороги I технической категории предельная длина прямой в плане составляет в равнинной местности 3500 – 5000 м.

 

Иными словами нагрузка, как на ходовую часть автомобиля, так и на водителя возрастает почти наполовину. При таких условиях движения изнашивание ходовой части автомобиля заметно возрастёт, комфортность движения ухудшится. Водитель воспринимает подобные дорожные условия как опасные и снижает скорость движения, что приводит к снижению пропускной способности таких участков.

Значения радиусов вертикальных кривых определяют расстояние видимости в продольном профиле. Нормируются отдельно значения расстояний видимости для встречного автомобиля и для остановки. Для соответствующих расчётных скоростей эти расстояния должны обеспечить своевременное восприятие водителем внезапно возникающих препятствий в пределах проезжей части и совершение манёвра с целью избежания ДТП (экстренное торможение или объезд препятствия). Наименьшее расстояние видимости для остановки должно обеспечивать видимость любых предметов, имеющих высоту 0,2 м и более, находящихся на середине полосы движения, с высоты глаз водителя автомобиля 1,2 м от поверхности проезжей части.

Достаточно легко оценить зависимость радиусов вертикальных кривых и расстояний видимости графически. Для этого необходимо через каждую точку продольного профиля, выше линии высотных отметок оси проезжей части (красной линии) провести касательную к линии, отражающей высотные отметки в обоих направлениях от точки обзора. Длина отрезков касательных до точек касания будет отражать соответствующие значения расстояний видимости.

Таким образом, требования к допустимым значениям радиусов вертикальных кривых определяются следующими соображениями:

-автомобили при движении с расчётной скоростью не должны терять управляемость и устойчивость на проезжей части;

-уровень нагрузок, вызванных инерционными силами не должен приводить к ухудшению эмоционального восприятия водителем условий движения и изнашиванию ходовой части автомобиля;

-должно быть обеспечено необходимое расстояние видимости.