Удосконалення проектування поздовжнього профілю на основі застосування кривих змінного радіуса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний транспортний університет

УДК 625.72

05.22.11 - автомобільні шляхи та аеродроми

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення проектування поздовжнього профілю на основі застосування кривих змінного радіуса

Олійник Марія Олексіївна

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі проектування доріг Національного транспортного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент ПАЛЬЧИК Анатолій Миколайович, Національний транспортний університет Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри проектування доріг.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент УГНЕНКО Євгенія Борисівна, Харківський національний автомобільно-дорожній університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри вишукування та проектування автомобільних доріг та аеродромів.

кандидат технічних наук, доцент УСИЧЕНКО Олена Юріївна, Національний транспортний університет Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри будівництва та експлуатації доріг.

Захист відбудеться "22" жовтня 2010 року о "10" годині на засіданні вченої ради Д 26.059.02 у Національному транспортному університеті за адресою 01010, Київ, вул. Суворова,1, аудиторія 333 .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою 01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий "21" вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент В.І. Каськів

Анотації

Олійник М.О. Удосконалення проектування поздовжнього профілю на основі застосування кривих змінного радіуса. - Рукопис.

У дисертаційній роботі наведено метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса із розробкою алгоритмів визначення проектних відміток.

Виконано аналіз існуючих методів проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг та проаналізовано перехідні криві для використання при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг та виведено узагальнююче рівняння кривої змінного радіуса. Розроблений метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг до числових методів. Досліджена визначення радіуса угнутої вертикальної кривої в залежності від дії відцентрового прискорення та зміна відстані видимості поверхні дороги при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг опуклими вертикальними кривими. Розроблений метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса із розробкою алгоритмів визначення проектних відміток.

Ключові слова: червона лінія поздовжнього профілю автомобільних доріг, криві змінного радіуса, відцентрове прискорення, відстань видимості поверхні дороги. автомобільний радіус поздовжній

Олейник М.А. Усовершенствование проектирования продольного профиля на основе применения кривых с переменным радиусом. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 "Автомобильные дороги и аэродромы". - Национальный транспортный университет, Министерство образования и науки Украины, Киев, 2010.

Диссертационная работа содержит новые решения в проектировании красной линии продольного профиля автомобильных дорог. В результате диссертационных исследований выполненных автором, разработан метод проектирования красной линии продольного профиля автомобильных дорог кривыми переменного радиуса, а также разработаны алгоритмы определения отметок.

В диссертационной работе выполнен анализ существующих методов проектирования красной линии продольного профиля автомобильных дорог, а также выполнен анализ переходных кривых для использования при проектировании красной линии продольного профиля и выведено общее уравнение кривой переменного радиуса.

Для проектирования красной линии продольного профиля кривыми переменного радиуса приведено уравнение кривой переменного радиуса к числовым методам, что позволяет изменять длину, координаты и радиус кривой (параметры кривой), и выведено общее уравнение кривой переменного радиуса, что связывает между собой длину, координаты и радиус кривой.

Исследовано изменение радиуса вогнутой вертикальной кривой в зависимости от действия центробежного ускорения при проектировании красной линии продольного профиля автомобильных дорог. Для ликвидации перепада значения центробежного ускорения (при переходе с прямолинейного участка на криволинейный и наоборот), рекомендуется использовать кривые переменного радиуса, изменяющие значение радиуса от бесконечности до определенного минимального значения. Для вогнутой вертикальной кривой центробежное ускорение направлено вертикально вниз и неблагоприятно влияет на психофизическое состояние водителя и пассажиров. По данным медиков о влиянии центробежного ускорения на самочувствие пассажиров и водителей, принимается равным 1 м/сек 2, что дает возможность значительно уменьшить радиус вогнутой вертикальной кривой.

Исследовано изменение расстояния видимости поверхности дороги, возникающее при движении автомобиля по кривой при проектировании красной линии продольного профиля автомобильных дорог выпуклыми вертикальными кривыми. При проектировании красной линии продольного профиля вертикальными кривыми с постоянным радиусом в пересеченной местности при условии обеспечения соответствующего расстояния видимости поверхности дороги, необходимо использовать кривые больших радиусов, что обуславливает значительные объемы земляных работ. При использовании кривых с переменным радиусом, остается необходимое расстояние видимости поверхности дороги неизменной, но при этом уменьшается объем земляных работ.

Разработаны такие методы проектирования красной линии продольного профиля - одной кривой с переменным радиусом и блоком из двух кривых:

- по минимальной длине кривой:

– при условии изменения RЕ (?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при условии изменения RЕ (Rmin, ?] U [?, Rmin),

- со сдвижкой от точки перелома:

– при условии изменения RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при условии изменения RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin).

Увеличение интенсивности движения в сети автомобильных дорог вызывает необходимость проведения их реконструкции или строительства. Основным фактором, влияющим на стоимость реконструкции или строительства, является продольный профиль.

При проектировании красной линии необходимо максимально использовать существующую дорожную одежду и земляное полотно при реконструкции или уменьшить объем земляных работ при строительстве. Разработан метод проектирования красной линии продольного профиля автомобильных дорог, с учетом указанных требований дающие уменьшения стоимости строительства или реконструкции дорог.

Ключевые слова: красная линия продольного профиля автомобильной дороги, кривые переменного радиуса, центробежное ускорение, расстояние видимости поверхности дороги.

M. Oliynik. Elaboration of designing of longitudinal profile on the basis of changing radius curves. - Manuscript.

The thesis covers the method of designing of the red line of longitudinal profile of roads on the basis of changing-radius curves with elaboration of algorithm of definition marks determination.

We studied present methods of designing of the red line of longitudinal profile of roads and analyzed transition curves for application during red line of longitudinal profile designing, and deduced the generalizing equation of changing-radius curve. We developed the method of reduction of the changing-radius curve equation to numerical method in designing of the red line of longitudinal profile of roads. We also investigated the change of the radius of the concave vertical curve depending on its centrifugal speedup, and change of safe visibility distance during designing of the red line of longitudinal profile of roads using proturberant vertical curves. We developed the method of designing of the red line of longitudinal profile of roads on the basis of changing-radius curves with elaboration of algorithm of definition marks determination.

Keywords: red line of longitudinal profile of roads, changing-radius curves, centrifugal speedup, visibility distance.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Збільшення інтенсивності руху на мережі автомобільних доріг викликає необхідність проведення їх реконструкції або будівництва. Основним фактором, що впливає на вартість реконструкції або будівництва є поздовжній профіль.

При проектуванні червоної лінії необхідно максимально використовувати існуючий дорожній одяг та земляне полотно при реконструкції, або зменшення земляних робіт при будівництві. Необхідно розробити метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг з урахуванням вказаних вимог, що дають зменшення вартості будівництва або реконструкції доріг.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного та прикладного характеру виконані за планами Міністерства освіти і науки України науково-дослідних робіт у Національному транспортному університеті "Удосконалення методів проектування та реконструкції автомобільних доріг" № держреєстрації РК 0106 U 000699 та згідно тематичного плану науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт Державної Служби автомобільних доріг України "Рекомендації з прогнозування та покращення умов руху на основі інформаційної бази електронного паспорта автомобільних доріг, СУСП, АЕСУМ, ОДР" № держреєстрації 0108 U 003507 (г/т № 94-08), РВ. 2.3-218-02070915-759:2009.

Мета і завдання дослідження. Розробити метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг на основі застосування кривих змінного радіуса з визначенням координат в межах від нескінченності до R ? 896. Для досягнення вказаної мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Провести аналіз існуючих методів проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

2. Провести аналіз кривих змінного радіуса для використання при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

3. Розробити метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні до числового методу.

4. Розробити метод застосування угнутих вертикальних кривих змінного радіуса в залежності від дії відцентрового прискорення при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

5. Розробити метод застосування опуклих вертикальних кривих змінного радіуса, що збільшує відстань видимості поверхні дороги та покращує безпеку руху при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

6. Розробити метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса.

Об`єктом дослідження є метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса.

Предмет дослідження - червона лінія поздовжнього профілю автомобільних доріг.

Методи дослідження. Поставлена мета була досягнута за допомогою

комплексного підходу, який включає системний аналіз, теорію проектування автомобільних доріг та математичну статистику.

Наукова новизна отриманих результатів відображена в наукових положеннях, запропонованих і розроблених автором:

1. Вперше розроблений метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю кривими змінного радіуса при умові зміни радіуса від нескінченності до R ? 896, що дає можливість зменшити вартість будівництва та підвищення безпеки руху автомобільного транспорту.

2. Розроблений метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні до числового методу що дозволяє змінювати довжину, координати і радіус кривої.

3. Застосування угнутих вертикальних кривих змінного радіуса блоком з двох кривих дозволяє збільшення значення допустимого відцентрового прискорення до 1 м/с 2, зменшити радіус та покращити безпеку руху автомобільного транспорту.

4. Застосування опуклих вертикальних кривих змінного радіуса блоком з двох кривих дозволяє збільшити відстань видимості поверхні дороги та покращити безпеку руху автомобільного транспорту.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблений метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг до числового методу.

2. Розроблена методика проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса із розробкою алгоритмів визначення проектних відміток.

3. Результати дисертаційної роботи впроваджені у проектних організаціях підпорядкованих Державній Службі автомобільних доріг України, розроблені "Рекомендації з прогнозування та покращення умов руху на основі інформаційної бази електронного паспорта автомобільних доріг, СУСП, АЕСУМ, ОДР" № держреєстрації 0108 U 003507 (г/т № 94-08), РВ. 2.3-218-02070915-759:2009.

Достовірність отриманих результатів наукових положень, висновків та рекомендацій, сформульованих в роботі підтверджені:

- строгістю і коректністю формулювання задач проектування червоної лінії поздовжнього профілю кривими змінного радіуса;

- обґрунтуванням мінімального радіуса вертикальної угнутої кривої змінного радіуса на основі досліджень зміни відцентрового прискорення та мінімального радіуса вертикальної опуклої кривої змінного радіуса на основі дослідження мінімальної відстані видимості поверхні дороги;

- порівнянням отриманих результатів з відомими результатами інших методів проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

Особистий внесок здобувача. Розроблений метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні до числового методу. Досліджено зміну параметрів угнутих вертикальних кривих змінного радіуса в залежності від дії відцентрового прискорення та зміну відстані видимості поверхні дороги при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг опуклими вертикальними кривими змінного радіуса.

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані одноосібно та у співавторстві у 2 статтях у спеціальних науково-технічних виданнях, які входять у перелік ВАК України, 5 тезах доповідей на наукових конференціях.

У роботі [2] розглянуто удосконалення проектування поздовжнього профілю на основі кривих змінного радіуса. Розроблений метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю кривими змінного радіуса при умові зміни радіуса від нескінченності до R ? 896, що дає можливість зменшити вартість будівництва та підвищення безпеки руху автомобільного транспорту. Розроблений метод приведення рівняння кривої змінного радіуса в проектуванні до числового методу що дозволяє змінювати довжину, координати і радіус кривої.

У роботі [3] розглянуто застосування угнутих вертикальних кривих змінного радіуса блоком з двох кривих дозволяє збільшення значення допустимого відцентрового прискорення до 1 м/с 2, зменшити радіус та покращити безпеку руху автомобільного транспорту. Також, розглянуто застосування опуклих вертикальних кривих змінного радіуса блоком з двох кривих дозволяє збільшити відстань видимості поверхні дороги та покращити безпеку руху автомобільного транспорту.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на 62 - 65 наукових конференціях професорсько-викладацького складу аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету (2006 - 2009 рр., м. Київ, НТУ) та Міжнародній науково-технічній конференції "Молоді вчені - автомобільним дорогам ХХІ століття" (2008 р., м. Київ, НТУ).

Публікації: Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 3 статтях у спеціальних науково-технічних виданнях, які входять у перелік ВАК України, 5 тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури та 3 додатків. Обсяг основної роботи складає 167 сторінок тексту, 129 рисунків, 14 таблиць, список літератури містить 90 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, подана загальна характеристика роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, визначені наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі виконано детальний аналіз існуючих методів проектування червоної лінії поздовжнього профілю. Великий вклад у проектування поздовжнього профілю автомобільних доріг внесли: О.К. Біруля, П.Н. Шестаков, О.В. Андрєєв, В.Ф. Бабков, В.С. Чвак, М.С. Замахаєв, Є.Д. Фільштейн, Є.М. Лобанов, В.В. Сільянов, М.А. Мітін, Г.О. Федотов, М.М. Антонов, Я.В. Хом'як, В.П. Поліщук, К.А. Хавкін, В.М. Кісляков, І. В. Бегма, В.В. Філіппов, С.С. Блізніченко, І.Н. Гуков.

Проектування червоної лінії поздовжнього профілю є основним елементом по визначенню об`ємів земляних робіт. Існуючі методи проектування червоної лінії поздовжнього профілю через обмеження радіусів вертикальних кривих не завжди дозволяють запроектувати її через контрольні точки, що значно збільшує об`єми земляних робіт. Використання кривих змінного радіуса дозволяють запроектувати червону лінію через ці контрольні точки та зменшити об`єми земляних робіт.

При реконструкції автомобільних доріг керуюча відмітка визначається шаром підсилення дорожнього одягу. Червона лінія поздовжнього профілю запроектована кривими змінного радіуса дозволить максимально дотримуватись керуючої відмітки на відміну від існуючих методів проектування червоної лінії.

Існуючі методи проектування червоної лінії поздовжнього профілю базуються на застосуванні колових кривих та частини параболи. Програмні комплекси "Cad Credo", "Розв'язка" та "IndorCAD" використовують метод проектування на основі колових кривих та парабол, але дають можливість багатоваріантності для пошуку оптимального рішення.

Другий розділ присвячений аналізу існуючих кривих змінного радіуса. Розглянуто криві змінного радіуса так і як радіоіда, лемніската, клотоїда та кубічна парабола. В проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю застосовується колова крива або частина параболи з незначною зміною радіуса.

Проведений аналіз показав, що на певній ділянці від 0 до 400 м (по осі абсцис х), що довжини кривих, кінцеві радіуси та ордината "у" практично співпадають: R = 896 м для клотоїди, R = 897 м для лемніскати, R = 898 м для кубічної параболи, що показано на рис 1.

Рис. 1. Графік клотоїди, лемніскати та кубічної параболи: Li - ділянка, де координати "х" та "у" кривих співпадають

На відрізку, де криві співпадають, узагальнююче рівняння кривої змінного радіуса має вигляд:

y = 5Ч10 -7Чx3, (1)

де у - координата "у";

х - координата "х".

Рис. 2. Графік кривої змінного радіуса на певній ділянці Li

З графіку кривої змінного радіуса видно, що на певному відрізку Li, радіус кривої змінюється від нескінченності до певного необхідного радіуса.

В програмних комплексах при проектуванні червоної лінії застосовують частину параболи з незначною зміною радіуса. При зміні радіуса від нескінченності до мінімального значення - парабола не застосовується.

Рис. 3. Графік параболи на певній ділянці Li

З графіку параболи видно, що на певному відрізку Li, радіус параболи змінюється від R1 до R2. Враховуючи що зміна радіуса параболи незначна і тому R1 та R2 приблизно рівні (R1 = R2 = Ri = Rmin). Також, враховуючи те що R1 та R2 приблизно однакові, в програмних комплексах при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю параболами, приймають розрахунок як для колових кривих.

Приведення до числових методів у проектуванні червоної лінії.

Для проектування червоної лінії поздовжнього профілю кривими змінного радіуса необхідно привести рівняння до числових методів, що дозволяло б змінювати довжину, координати і радіус кривої (параметри кривої), при умові R ? const, L = const, у ? const. Виведено рівняння кривої змінного радіуса:

. (2)

Залежність радіуса R від довжини та "у" (R ? const, L = const, у ? const) Зміна радіуса R в залежності від довжини і координат характеризується коефіцієнтом n.

n = 0,161R-1,0, (3)

де n - коефіцієнт зведення, що характеризує зміну радіуса кривої. Підставимо отримане значення n (3), у вираз (2):

, (4)

де у, х - поточні координати кривої;

R - радіус кривої змінного радіуса.

Користуючись цим рівнянням при визначеній довжині та радіусі, знаходимо координати кривої змінного радіуса, що дозволяє її застосування при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю.

Розроблено такі методи проектування червоної лінії поздовжнього профілю - однією кривою або блоком з двох кривих змінного радіуса:

- за мінімальною довжиною кривої

– при умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin),

- зі здвижкою від точки перелому

– при умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin).

Випадок І. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг однією кривою змінного радіуса (за мінімальною довжиною).

Рис. 4. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією кривою змінного радіуса (за мінімальною довжиною, яка дорівнює кроку проектування)

Випадок ІІ. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг блоком з двох кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною). При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?).

Рис. 5. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною, яка дорівнює кроку проектування)

При умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin).

Рис. 6. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною, яка дорівнює кроку проектування)

Випадок ІІІ. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг блоком з двох кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому). При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?).

Рис. 7. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому)

При умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin).



Рис. 8. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому)

У третьому розділі проведено дослідження вертикальних кривих при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

Угнуті вертикальні криві. Проведено дослідження визначення параметрів угнутих вертикальних кривих в залежності від дії відцентрового прискорення. Розглянуто зміну відцентрового прискорення на різних ділянках червоної лінії поздовжнього профілю:

а) б) в) г)

Рис. 9. Значення відцентрового прискорення на ділянках запроектованих: а - прямою; б - коловою кривою; в - параболою; г - клотоїдою

При в`їзді автомобіля на криву, у якості якої використана кубічна парабола, виникає стрибок із розривом у значенні величини відцентрового прискорення, що також буде мати місце при виході з криволінійної ділянки. При використанні клотоїди для криволінійних ділянок також виникає стрибок із розривом у значенні величини відцентрового прискорення. Для ліквідації перепаду значення відцентрового прискорення рекомендовано використовувати криві змінного радіуса, що змінюють значення радіуса від нескінченності до певного радіуса.

Випадок І. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією кривою змінного радіуса.

Рис. 10. Зміна відцентрового прискорення при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю однією кривою змінного радіуса

Випадок ІІ. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною).

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?).

Рис. 11. Зміна відцентрового прискорення при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною)

Випадок ІІІ. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому).

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?).



Рис. 12. Зміна відцентрового прискорення при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому)

Для угнутої вертикальної кривої відцентрове прискорення направлене вертикально вниз і несприятливо впливає на психофізичний стан водія та пасажирів. За даними медиків про вплив відцентрового прискорення на самопочуття пасажирів та водіїв, приймається g = 1 м/сек 2, що дає можливість значно зменшити радіус угнутої вертикальної кривої.

Опуклі вертикальні криві. Проведено дослідження зміни відстані видимості поверхні дороги при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг опуклими вертикальними кривими.

Зв`язок радіуса опуклої вертикальної кривої і відстані видимості поверхні дороги характеризується рівнянням (5):

R=0,161Ч, (5)

де R - радіус вертикальної кривої;

S - відстань видимості.

Звідси можна зробити висновок, що при відстані видимості поверхні дороги рівняння величини мінімального радіуса вертикальної опуклої кривої буде мати вигляд:

R = 0,1342ЧS2. (6)

При застосуванні при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю вертикальних кривих з постійним радіусом в пересіченій місцевості за умови забезпечення відповідної відстані видимості поверхні дороги необхідно використовувати криві великих радіусів, що обумовлює значні об`єми земляних робіт. При використанні кривих зі змінним радіусом, лишається необхідна відстань видимості поверхні дороги незмінною але при цьому зменшується об`єм земляних робіт.

Рис. 13. Порівняння відстані видимості поверхні дороги при проектуванні поздовжнього профілю коловими кривими та опуклими кривими змінного радіуса (однією кривою)

Рис. 14. Порівняння відстані видимості поверхні дороги при проектуванні поздовжнього профілю коловими кривими та опуклими кривими змінного радіуса (блоком з двох кривих)

Четвертий розділ присвячений методу проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг угнутими та опуклими кривими змінного радіуса, а також алгоритмам розрахунку проектних відміток.

Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг угнутими кривими змінного радіуса. Алгоритми розрахунку проектних відміток.

Випадок І. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією угнутою кривою змінного радіуса (за мінімальною довжиною), при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = +і1, і2 = 0)

Задаємося L1 та R1, х = L1 = Lmin, при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = 0, і2 = +і2), та при умові, що L1 дорівнює мінімальній довжині кривої, тобто, кроку проектування.

Використаємо залежність (4):

, (7)

, (8)

Нн = Нк - yK, (9)

Н 1 = Нн + y1, (10)

де у 1 - різниця відміток між проектною кривою та подовженням похилу в певній і-тій точці, м;

z1 - відстань від початку кривої до і-тої точки, м;

R1 - радіус кривої, м;

L1 - довжина кривої, м;

уК - ордината кінця кривої, м;

НН - відмітка початку кривої, м;

НК - відмітка кінця кривої, м;

Н 1 - відмітка кривої в певній і-тій точці, м.

Рис. 15. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією угнутою кривою змінного радіуса за мінімальною довжиною, яка дорівнює кроку проектування, при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = +і1, і2 = 0): Lmin - мінімальна довжина кривої, м; і1, і2 - похили, ‰; Ri - радіус кривої в певній і-тій точці

Випадок ІІ. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох угнутих кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною), при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2)

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?)

Задаємося L1 та R1, х = L1 = Lmin та L2 та R2, х = L2 = Lmin, при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2), та при умові, що L1 та L2 дорівнюють мінімальній довжині кривої, тобто, кроку проектування.

Використовуємо залежності (6) та (7),

Нн 1 = Нк 1 - yK1+ L1 Ч і1, (11)

Н 1 = Нн 1 - z1 Чі1 + y1, (12)

, (13)

, (14)

Нн 2 = Нк 2 - yK2 - L2 Ч і2, (15)

Н 2 = Нн 2 + y2 + z2 Ч і2 або Н 2 = H2` + y2, (16)

H2`= Нн 2 + і2 Ч z2, (17)

де НН 1, НН 2 - відмітки початку кривих, м;

НК 1, НК 2 - відмітки кінця кривих, м;

уК 1, уК 2 - ординати кінця кривої, м;

L1, L2 - довжини кривих, м;

і1, і2 - похили, ‰;

Н 1, Н 2 - відмітки кривих в певній і-тій точці, м;

z1, z2 - відстань від початку кривої до і-тої точці, м;

у 1, у 2 - різниця відміток між проектною кривою та подовженням похилу в певній і-тій точці, м;

H1`- проекція Н 1 на чорну лінію з різницею у 1 в певній і-тій точці, м;

R2 - радіус кривої, м;

H2`- проекція Н 2 на чорну лінію з різницею у 2 в певній і-тій точці, м.

Рис. 16. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох угнутих кривих змінного радіуса, за мінімальною довжиною, яка дорівнює кроку проектування, при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2)

Випадок ІІІ. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох угнутих кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому), при похилах у різних напрямках (і1 = +і1, і2 = -і2)

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?)

Задаємося L1 та R1, х = L1, L2 та R2, х = L2, при похилах у різних напрямках (і1 = +і1, і2 = -і2), та при умові, що L1 та L2 дорівнюють кроку проектування.

Використовуємо залежності (6) та (7),

Нн 1 = Нк 1 - yK1 + L1 Ч і1, (18)

Н 1 = Нн 1 - z1 Ч і1 + y1 або Н 1 = H1` + y1, (19)

H1`= Нн 1 - і1 Ч z1 або H1` = Hк 1 - y1 + (L1 - z1)Ч і1, (20)

використаємо залежності (12) та (13),

Нн 2 = Нк 2 + L2 Ч і2 - yK2, (21)

Н 2 = Нн 2 + y2 - z2 Ч і2 або Н 2 = H2` + y2, (22)

H2`= Нн 2 + і2 Ч z2 або H2` = Hк 2 - yК 2 + (L2 - z2)Ч і2. (23)

Рис. 17. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох угнутих кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому), при похилах у різних напрямках (і1 = +і1, і2 = -і2)

Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг опуклими кривими змінного радіуса. Алгоритми розрахунку проектних відміток.

Випадок І. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією опуклою кривою змінного радіуса (за мінімальною довжиною), при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = +і1, і2 = 0)

Задаємося L1 та R1, х = L1 = Lmin = Sв, при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = 0, і2 = +і2), та при умові, що L1 дорівнює мінімальній довжині кривої, прийнятої рівною найменшій відстані видимості поверхні дороги.

Рис. 18. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю однією угнутою кривою змінного радіуса (за мінімальною довжиною прийнятою рівною найменшій відстані видимості поверхні дороги), при похилах, один з яких дорівнює нулю (і1 = +і1, і2 = 0): Sв - відстань видимості поверхні дороги

Використовуємо залежності (6) та (7),

Нн = Нк + yK, (24)

Н 1 = Нн - y1. (25)

Випадок ІІ. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох опуклих кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною), при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2)

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?)

Задаємося L1 та R1, х = L1 = Lmin = Sв та L2 та R2, х = L2 = Lmin = Sв, при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2), та при умові, що L1 та L2 дорівнюють мінімальним довжинам кривих, прийнятих рівними найменшій відстані видимості поверхні дороги.

Рис. 19. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох опуклих кривих змінного радіуса (за мінімальною довжиною прийнятою рівною найменшій відстані видимості поверхні дороги), при похилах в один бік (і1 = +і1, і2 = +і2)

Використовуємо залежності (6) та (7),

Нн 1 = Нк 1 - yK1 - L1 Ч і1, (26)

Н 1 = Нн 1 + y1 + z1 Ч і1, (27)

або H1`= Нн 1 + і1 Ч z1 Н 1 = H1` + y1, (28)

використаємо залежності (12) та (13),

Нн 2 = Нк 2 - yK2 - L2 Ч і2, (29)

Н 2 = Нн 2 + y2 + z2 Ч і2 або Н 2 = H2` + y2, (30)

H2`= Нн 2 + і2 Ч z2. (31)

Випадок ІІІ. Метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох опуклих кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому), при похилах у різних напрямках (і1= + і1, і2= - і2)

При умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?)

Задаємося L1 та R1, х = L1 та L2 та R2, х = L2, при похилах у різних напрямках (і1 = +і1, і2 = -і2), та при умові, що L1 та L2 дорівнюють мінімальним довжинам кривих, прийнятих рівними найменшій відстані видимості поверхні дороги.

Рис. 20. Проектування червоної лінії поздовжнього профілю блоком з двох опуклих кривих змінного радіуса (зі здвижкою від точки перелому), при похилах у різних напрямках (і1 = +і1, і2 = -і2)

Використовуємо залежності (6) та (7),

Нн 1 = Нк 1 + yK1 - L1Чі1, (32)

Н 1 = Нн 1 - y1 + z1 Ч і1 або Н 1 = H1` - y1, (33)

H1`= Нн 1 + і1 Ч z1, (34)

використаємо залежності (12) та (13),

Нн 2 = Нк 2 + yK2 - L2 Ч і2, (35)

Н 2 = Нн 2 - y2 + z2 Ч і2 або Н 2 = H2` - y2, (36)

H2`= Нн 2 + і2 Ч z2. (37)

У додатках приведені посилання, що обумовлюють залежність коефіцієнта n від радіуса R з урахуванням значення величини мінімального радіуса для вертикальних кривих; приклади проектування поздовжнього профілю кривими змінного радіуса та порівняння методів проектування поздовжнього профілю коловими кривими, параболами та кривими змінного радіуса.

Висновки

Дисертаційна робота містить нові рішення у проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг. В результаті дисертаційних досліджень, виконаних автором, створено метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг кривими змінного радіуса та розроблені алгоритми визначення відміток.

Основними результатами дисертаційної роботи є:

1. Існуючі методи проектування червоної лінії поздовжнього профілю не завжди дозволяють запроектувати її через контрольну точку або витримати керуючу відмітку. Щоб запроектувати червону лінію на переломах прямих ліній і витримати керуючу відмітку, необхідно або змінити мінімальний радіус вертикальної кривої або змінити похили прямих, що неможливе через обмеження мінімально допустимих радіусів, максимально допустимих похилів та збільшення об`ємів земляних робіт. Виконання задачі зменшення об`ємів земляних робіт та дотримання керуючої відмітки можливе при розробці нового методу проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг.

Застосування кривих змінного радіуса дозволить зменшити об`єми земляних робіт при будівництві та зменшити товщину дорожнього одягу при реконструкції доріг, не зменшуючи швидкості та безпеку руху.

2. Вид кривої змінного радіуса повинен бути обґрунтованим та простим при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг. Такі криві змінного радіуса як лемніската, клотоїда та кубічна парабола можна використовувати при проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю, але в певних межах для кожної кривої.

Проведений аналіз показав що на певній ділянці від 0 до 400 м (по осі абсцис х) що довжини, кінцеві радіуси та ордината "у" практично співпадають: R = 896 м для клотоїди, R = 897 м для лемніскати, R = 898 м для кубічної параболи. На відрізку де криві співпадають, отримано рівняння кривої змінного радіуса.

3. Для проектування червоної лінії поздовжнього профілю кривими змінного радіуса приведено рівняння кривої змінного радіуса до числових методів, що дозволяло б змінювати довжину, координати і радіус кривої (параметри кривої) та виведено рівняння кривої змінного радіуса, що характеризується коефіцієнтом n. Встановлено залежність коефіцієнта n від радіуса R, що характеризує зміну радіуса R від довжини та "у" (R ? const, L = const, у ? const) та виведене загальне рівняння кривої змінного радіуса, що пов`язує між собою довжину, координати і радіус кривої.

4. При проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю угнутими вертикальними кривими зі змінним радіусом, для ліквідації перепаду значення відцентрового прискорення (при переході з прямолінійної ділянки на криволінійну, і навпаки) рекомендовано використовувати криві змінного радіуса що змінюють значення радіуса від нескінченності до певного мінімального значення. Для угнутої вертикальної кривої відцентрове прискорення направлене вертикально вниз і несприятливо впливає на психофізичний стан водія та пасажирів. За даними медиків про вплив відцентрового прискорення на самопочуття пасажирів та водіїв, приймається рівним 1 м/сек 2, що дає можливість значно зменшити радіус угнутої вертикальної кривої.

5. При проектуванні червоної лінії поздовжнього профілю опуклими вертикальними кривими зі змінним радіусом збільшується відстань видимості поверхні дороги, зменшується об`єм земляних робіт та покращується безпека руху автомобільного транспорту.

6. Розроблено такі методи проектування червоної лінії поздовжнього профілю - однією кривою зі змінним радіусом та блоком з двох кривих:

- за мінімальною довжиною кривої:

– при умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin),

- зі здвижкою від точки перелому:

– при умові зміни RЄ(?, Rmin] U [Rmin, ?),

– при умові зміни RЄ(Rmin, ?] U [?, Rmin).

Збільшення інтенсивності руху на мережі автомобільних доріг викликає необхідність проведення їх реконструкції або будівництва. Основним фактором що впливає на вартість реконструкції або будівництва є поздовжній профіль.

При проектуванні червоної лінії необхідно максимально використовувати існуючий дорожній одяг та земляне полотно при реконструкції, або зменшення земляних робіт при будівництві. Розроблений метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг, з урахуванням вказаних вимог що дають зменшення вартості будівництва або реконструкції доріг.

Основні дослідження теоретичного та прикладного характеру виконані за планами Міністерства освіти і науки України, науково-дослідних робіт у Національному транспортному університеті "Удосконалення методів проектування та реконструкції автомобільних доріг" № держреєстрації РК 0106 U 000699 та згідно тематичного плану науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт Державної Служби автомобільних доріг України "Рекомендації з прогнозування та покращення умов руху на основі інформаційної бази електронного паспорта автомобільних доріг, СУСП, АЕСУМ, ОДР" № держреєстрації 0108 U 003507, РВ. 2.3-218-02070915-759:2009.

Список опублікованих робіт по темі дисертації

1. Олійник М.О. Проектування червоної лінії з допомогою двох перехідних кривих. Угнуті вертикальні криві // Проблеми транспорту: збірник наукових праць. - К.: НТУ, 2009. - Вип. 6. - С. 174 - 180.

2. Олійник М.О. Удосконалення проектування поздовжнього профілю / М.О. Олійник, О.А. Білятинський // Автошляховик України, 2006. - №3. - С. 45 - 46.

3. Олійник М.О. Проектування поздовжнього профілю на основі кривих змінного радіуса / М.О. Олійник, А.М. Пальчик // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - К.: НТУ, 2008. - Вип. 75. - С. 5 - 9.

Размещено на Allbest.ru

...