2308

уровнем надежности. При этом предполагается, что в конце срока службы относительное количество дефектов можно характеризовать коэффициентом разрушения, соответствующим проектной надежности.

Тогда протяженность обособленной неровности Sоб и суммарную длину неровных периодических участков LS определим по формуле

где Крпр – предельно допустимый коэффициент разрушения, %.

В выражении (7.9) в качестве длины участка L целесообразно принимать длину, равную 100 м.

При расчете шага периодических неровностей предположим, что эти неровности удалены на одинаковое расстояние. Тогда количество периодических неровностей на длине участка L определим по формуле

L nн LS .

В действительности неровности, формирующиеся на покрытии, как правило, распределены в пределах всего участка длиной L.

Тогда шаг периодических неровностей составит

В табл. 7.3 представлены предельные значения протяженности и шага неровностей, формирующихся на усовершенствованных покрытиях автомобильных дорог I–IV технических категорий.

Таблица 7.3

Протяженность неровностей в продольном направлении

Из анализа формулы (7.8) следует, что предельная величина неровности обуславливается параметрами рассматриваемой нагрузки: давлением, передаваемым колесом на покрытие, диаметром отпечатка шины и скоростью движения. Причем подстановка в формулу (7.8) параметров легкового автомобиля приводит к меньшей величине неровности по сравнению с результатами расчета при подстановке параметров грузового автомобиля. Поэтому величины продольных неровностей, вычисленные при подстановке в (7.8) параметров легкового автомобиля, можно рекомендовать как допускаемые значения, а величины грузового автомобиля можно считать предельными значениями. На рис. 7.1 – 7.4 приведены допускаемые и предельные значения продольных неровностей.

Из анализа рисунков следует, что предельные значения неровностей достаточно хорошо согласуются со значениями, полученными другими исследователями (см. табл. 7.1). Однако из рисунков видно, что существенное влияние на значения допускаемых и предельных неровностей оказывает величина общего модуля упругости дорожной конструкции. Поэтому при регламентации предельных неровностей необходимо учитывать не только скорость автомобиля или потока, но и деформационные свойства конструкции. В противном случае произойдет снижение скорости или увеличение динамического коэффициента и рост нагрузки соответственно. Эти факторы являются нежелательными.

На автомобильных дорогах I–III технических категорий в пределах одной полосы движения формируются две колеи, а на дорогах IV и V категорий – одна колея. Динамическое колебание автомобиля происходит при въезде или выезде колеса в колею или из колеи. При этом длина траектории движения приблизительно равна ширине колеи. Поэтому при расчете допускаемой глубины колеи дорог I–III технических категорий за шаг неровности целесообразно принять половину ширины полосы движения, а дорог IV категории – ширину полосы движения. Допускаемые значения глубины колеи для различных состояний представлены на рис. 7.5.

При неблагоприятных погодных условиях колея является местом сосредоточения атмосферных осадков. С увеличением толщины стекающей по колее воды коэффициент сцепления шины с покрытием уменьшается. Опыт эксплуатации дорог показывает, что во время дождя водители стараются двигаться так, чтобы шины транспортного средства размещались в межколейном пространстве, т.е. в местах с минимальной толщиной водного слоя. Это позволяет двигаться с максимально возможной скоростью. Однако при обгонах или разъезде со встречными автомобилями транспортное средство вынуждено двигаться по колее. В этом случае нередко возникает эффект динамического аквапланирования. В таких случаях возрастает риск возникновения происшествий. То есть движение по колее при определенной толщине стекающей воды, скорости движения и других условиях, влияющих на величину сцепления шины с покрытием, является опасным. В этом случае особую остроту приобретает решение задачи о предельной глубине колеи, обеспечивающей коэффициент сцепления шины с мокрым покрытием при движении с требуемой скоростью.

Анализ данных экспериментов М.В. Немчинова [16] и авторов [17] позволил получить эмпирическую формулу для расчета коэффициента сцепления при различных скоростях движения, средней высоте выступов шероховатого мокрого покрытия, глубине стекающей с проезжей части воды и величине вдавливания зерен каменного материала шероховатости в шину, а именно:

Формулы для определения вертикальной деформации шин

Согласно проф. А.К. Бируля диаметр круга, равновеликого контурной площади контакта, можно определить по формуле

где рв – давление воздуха в шине, МПа.

Вычисленные значения модулей упругости приведены на рис. 7.8.

Для расчета вдавливания зерна в шину по формуле (7.15) необходимо определить нагрузку от зерна каменного материала шероховатой поверхности покрытия на шину. Решая эту задачу, смесь реального состава заменим идеализированной смесью, в которой все зерна имеют одинаковый усредненный размер. В этом случае каждое зерно воспринимает одинаковую силовую нагрузку, определяемую отношением нагрузки от колеса к количеству зерен, расположенных под шиной в момент проезда автомобиля по рассматриваемому сечению. Воспринимаемая зерном нагрузка равна реактивному усилию от зерна, которое действует на шину.

Количество зерен, расположенных в пределах площади контакта шины и шероховатого покрытия, можно найти по формуле

где Нр – норма расхода щебня без учета различного вида потерь для устройства поверхностной обработки на площади х, м3/(х м2); н и и – насыпная и истинная плотности щебня, т/м3; Vщ – объём одной щебёнки с усредненным размером, м3.

Тогда вдавливание зерна в шину определяется по формуле

На рис. 7.9 представлены результаты расчета вдавливания зерен каменного материала в шину 240-508 ИК-6АМ.

Из анализа эмпирической зависимости (7.11) и формулы (7.12) следует, что при прочих равных условиях требуемому значению коэффициента сцепления будет соответствовать критическая толщина слоя стока.

Критическую глубину водной пленки можно определить формуле

где тр – требуемая скорость движения, км/ч; тр – требуемое значение коэффици-

ента сцепления.

В соответствии с требованиями пункта 7.51 СНиП 2.05.02-85 коэффициент сцепления с увлажненным покрытием для легких условий движения при скорости 60 км/ч должен составлять 0,45. С учетом поправок проф. А.В. Васильева выполнен расчет требуемых коэффициентов сцепления при различных скоростях, результаты которого приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Требуемые значения коэффициента сцепления шины с покрытием

На рис. 7.10 приведена критическая глубина водной пленки для асфальтобетонных покрытий различной шероховатости при движении с разными скоростями.

При определении предельно допускаемой глубины колеи следует учитывать, что застой воды образуется в нижней части колеи, а из верхней части вода беспрепятственно стекает. Поэтому предельно допускаемая глубина колеи больше, чем критическая глубина водной пленки.

Глубина нижней части колеи определяется критической толщиной слоя стока, а верхней части – поперечным уклоном iп проезжей части и минимальным уклоном, при котором вода стекает с проезжей части iв [9].