Процедура анализа, оценки и уменьшения риска возникновения дорожно-транспортного происшествия на кривой в плане по условию заноса и опрокидывания автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Россия, Саратов

Процедура анализа, оценки и уменьшения риска возникновения ДТП на кривой в плане по условию заноса и опрокидывания автомобиля

Столяров В.В.

Гармоничное сочетание плана и профиля дорог с окружающим ландшафтом, зрительная плавность трассы и ясность ее направления на значительном протяжении способствует улучшению условий работы водителей, тем самым способствуя повышению безопасности движения. Наиболее удачное проложение трассы на местности с учетом ситуации и форм рельефа достигается при использовании круговых кривых больших радиусов в сочетании с переходными кривыми - клотоидами. Трассу дороги, где в качестве элемента плана наряду с прямой и круговой кривой использована клотоида, называют клотоидной трассой.

Первые автомагистрали состояли из чередующихся длинных прямых и кривых малых радиусов, разбитых без переходных кривых. Взгляд на кривые в плане был изменен. Величины минимальных радиусов были увеличены. Элементами закругления малого радиуса стали вираж и переходная кривая.

Введение переходных кривых по клотоиде, наряду с максимальной плавностью трассы, обеспечивает такие преимущества: улучшаются условия движения автомобилей, особенно в темное время суток; повышается безопасность обгонов в связи с увеличением расстояния видимости; уменьшаются объемы земляных работ за счет лучшего вписывания трассы в рельеф.

При въезде автомобиля с прямого участка на круговую кривую в плане происходит резкое возрастание центробежной силы, величина которой обратно пропорциональна величине радиуса кривой и прямо пропорциональна квадрату скорости движения и массе. Под воздействием этой силы может произойти занос и опрокидывание автомобиля. На рисунке 1.1 показаны примеры проектирования автомобильной дороги с применением круговых кривых.

По мере развития науки в середине пошлого века на кривых малого радиуса для плавного нарастания центробежной силы начали применяться так называемые переходные кривые, представляющие собой небольшие отрезки кривой в начале и в конце закругления. Такими отрезками могут служить клотоиды. Клотоидами в дорожном строительстве называют кривые переменного радиуса, у которых кривизна постепенно изменяется от точки начала клотоиды, в которой радиус равен бесконечности, до точки, в которой радиус достигает своего минимального значения. Применительно к кривым в плане, минимальное значение это то значение радиуса, которое и планировалось для круговой кривой. После переходной кривой закругление прокладывается круговой кривой с постоянным проектным радиусом и заканчивается ещё одной переходной кривой. Таким образом, при въезде автомобиля на переходную кривую центробежная сила нарастает плавно, достигая своего максимального значения в точке начала круговой кривой постоянного радиуса, затем некоторое время остаётся неизменной и в конце круговой кривой, при въезде автомобиля на переходную кривую, плавно снижается до нуля.

Рис. 1.2. Примеры «жёсткого» трассирования на Московской КАД.

Рис. 1.3. Примеры клотоидного трассирования на дорогах Англии, Японии и Канады.

Также клотоиды призваны обеспечивать плавность дороги и устранять у водителя зрительное впечатление изломов трассы, возникающее при взгляде издалека на сопряжение прямых участков с круговыми кривыми даже при больших радиусах (Рис. 1.1, 1.2).

В последнее время широкое применение получил метод проектирования продольного профиля и плана автомобильных дорог с помощью биклотоид (рис. 1.4), представляющих собой две клотоиды, сопряжённые в точке с минимальным радиусом, называемым стыковым. При этом, исходя из нормативных требований, значение стыкового радиуса должно быть не менее допустимого по условию безопасного движения автомобиля с обеспеченной (расчётной) скоростью для данной категории дороги.

При выборе значений геометрических параметров клотоидной трассы (в частности плана и продольного профиля) в большинстве проектных организаций в качестве значений стыковых радиусов биклотоид стараются принимать значения не большие, чем приведённые в таблице СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* (таблица 1.1), как это и рекомендовано во всех источниках, не принимая, однако, во внимание то, что эти значения при разработке норм не проверялись на наличие недопустимого риска и могут не соответствовать современным требованиям безопасности.

Таблица 1.1 Предельно допустимые значения параметров плана и продольного профиля по СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*

Необходимо также упомянуть об одном заблуждении, которое в достаточной мере повлияло на создание многих нормативных требований и рекомендаций по клотоидному проектированию. Оно заключается в том, что долгое время считалось, что при въезде на клотоиду и при движении по ней водитель может не сбавлять скорость движения и при этом избежать сильного влияния центробежной силы. Однако это не так. Клотоида как элемент трассы призвана обеспечить не постоянную скорость, а её плавное изменение.

В процессе исследования устанавливают:

1. Продольную составляющую коэффициента сцепления

где

г - параметр, определяющий долю продольного коэффициента сцепления, которая может быть израсходована на движение в тяговом режиме;

ц20 и вц - .

2. Средние квадратические отклонения:

- коэффициента сцепления;

скорости движения и в стеснённых условиях проектирования кривой.

3. Коэффициент сопротивления качению.

4. Коэффициент тяговой силы

где

f - расчетное значение коэффициента сопротивления качению;

i - величина продольного уклона, тысячные;

К - коэффициент обтекаемости лобовой площади автомобиля (табл.1.2), кг/м3;

F - лобовая площадь (см. табл.1.2), м2;

Vр - расчётная скорость движения автомобиля, км/ч;

VB - скорость ветра, км/ч;

m - полная масса расчётного автомобиля, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Ксц - коэффициент сцепного веса, принимаемый по справочнику автомобилей с учетом зависимости (где GСЦ и mСЦ - вес и (или) масса автомобиля, приходящиеся на ведущие колеса; G и m - полный вес и (или) полная масса автомобиля).

5. Критическую величину радиуса кривой в плане, соответствующую 50-ти процентному риску потери устойчивости автомобиля

где

Vр - расчётная скорость движения автомобиля, км/ч;

ц1 и мх - продольная составляющая коэффициента сцепления и коэффициента тяговой силы (см. выше);

- поперечная составляющая коэффициента сцепления, при которой происходит занос или опрокидывание автомобиля;

iв - уклон виража, тысячные.

6. Допуск на среднее квадратическое отклонение радиуса кривой в плане

где

допуск в пределах кривой в плане на радиальное отклонение оси покрытия относительно проектного положения оси, м. Значение этого параметра: ;

проектное значение радиуса кривой в плане, м;

параметр, представляющий собой расстояние между поперечниками (м), через которое радиальное отклонение оси дороги на кривой в плане не должно превышать допустимое отклонение () относительно проектного положения. Параметр определяют в зависимости от критической длины остановочного пути автомобиля при расчётной скорости движения и проектного значения радиуса кривой в плане по выражению

где

коэффициент, определяемый в зависимости от величины расчётной скорости, на проектируемой дороге.

7. Среднее квадратическое отклонение коэффициента тяговой силы

где уf и уi - элементарные ошибки коэффициента сопротивления качению (f) и продольного уклона (i):

;

.

7. Среднее квадратическое отклонение критического радиуса кривой в плане

Все параметры этой формулы показаны выше.

8. Риск потери устойчивости автомобиля, движущегося со скоростью Vр по кривой в плане радиусом Rпр, устанавливают по формуле

где

rд.у. - опасность заноса (опрокидывания) автомобиля на кривой в плане радиусом Rпр при скорости движения Vр;

Rпр и - проектный радиус кривой в плане и допуск на его среднее квадратическое отклонение, м;

Rкр и уRкр - критическая величина радиуса при скорости движения Vр, и среднее квадратическое отклонение радиуса, на которых риск потери устойчивости автомобиля стремится к 50 процентам, м. Параметры Rкр и уRкр устанавливают по формулам (1.3) и (1.9);

Ф(u) - функция Лапласа.

Инженер-проектировщик, используя данный алгоритм (посредством совершенствования радиуса кривой в плане и (или) следующих параметров: коэффициента сцепления, уклона виража и продольного уклона), обеспечивает безопасность движения автомобилей на кривых в плане по величине допустимого риска заноса и опрокидывания автомобиля, равного . трасса дорога занос опрокидывание

При проектировании плана трассы клотоидами и в пределах переходных кривых с применением клотоид риск потери устойчивости автомобиля на подходе к круговой кривой определяют по формуле (1.10), в которой величину проектного радиуса на расстоянии S от начала клотоиды определяют по формуле (1.11):

где RCT - стыковой радиус двух клотоид на кривой в плане (или стыковой радиус клотоиды с круговой кривой), м;

L - длина клотоиды, м;

RСТ •L = А2 - параметр клотоиды;

S - расстояние от начала клотоиды до точки, в которой определяют радиус клотоиды по формуле (1.11). При получают радиус в начале клотоиды, равный бесконечности . При получают стыковой радиус двух клотоид в плане, который имеет минимальное значение в пределах биклотоиды, или стыковой радиус клотоиды с круговой кривой данного радиуса, м.

Допуск на среднее квадратическое отклонение радиуса клотоиды () в формуле (1.10) определяют по формуле (1.4), в которой текущее значение радиуса определяют по формуле (1.11) в зависимости от расстояния S от начала клотоиды. Другими словами параметры и в формуле (1.10) являются переменными при анализе, оценке и уменьшении риска потери устойчивости автомобиля по длине клотоиды. В начале клотоиды риск заноса и опрокидывания автомобиля стремится к нулю, в точке стыкового радиуса максимальный.

Параметры и в формуле (1.10) определяют по формулам (1.3) и (1.9) при расчётной скорости движения автомобиля.

Если в результате расчёта по формуле (1.10) риск потери устойчивости автомобиля в точке стыкового радиуса или до этой точки оказался больше допустимого (больше чем ), то допустимый риск получают с помощью итеративного процесса оценки и уменьшения риска.

Итерации начинают с увеличения стыкового радиуса биклотоиды, что приводит к уменьшению определяемого риска. Стыковой радиус, при котором риск потери устойчивости автомобиля будет меньше или равен допустимому риску (), принимают в качестве допустимого радиуса по условию обеспечения безопасности движения автомобилей.

Анализ для автомобильной дороги I категории

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Таблица 1.4

График 1.1 Зависимость радиуса круговой кривой от риска по условию заноса или опрокидывания автомобиля

Как видно по приведенному расчету, при скорости движения автомобиля, равной 150 км/ч, применение в качестве стыкового радиуса значения метров для клотоиды недопустимо.

Мгновенный риск потери видимости поверхности дороги в точке со стыковым радиусом 1200м имеет значение (см. табл. 1.4), что является недопустимым решением с позиции безопасности движения. В соответствии с данным расчётом допустимый радиус клотоиды (стыковой радиус), который отвечает риску , при скорости движения 150 км/ч, должен быть не менее 1300 метров (см. табл.1.4)

Анализ для автомобильной дороги II категории

Таблица 1.5

Таблица 1.6

Таблица 1.7

График 1.2 Зависимость радиуса круговой кривой от риска по условию заноса или опрокидывания автомобиля

Как видно по приведенному расчету, при скорости движения автомобиля, равной 120 км/ч, применение в качестве стыкового радиуса значения метров для клотоиды допустимо.

Мгновенный риск потери видимости поверхности дороги в точке со стыковым радиусом 800м имеет значение (см. табл. 1.7), что является допустимым решением с позиции безопасности движения.

Анализ для автомобильной дороги III категории

Таблица 1.8

Таблица 1.9

Таблица 1.10

График 1.3 Зависимость радиуса круговой кривой от риска по условию заноса или опрокидывания автомобиля

Как видно по приведенному расчету, при скорости движения автомобиля, равной 100 км/ч, применение в качестве стыкового радиуса значения метров для клотоиды недопустимо.

Мгновенный риск потери видимости поверхности дороги в точке со стыковым радиусом 600м имеет значение (см. табл. 1.10), что является недопустимым решением с позиции безопасности движения. В соответствии с данным расчётом допустимый радиус клотоиды (стыковой радиус), который отвечает риску , при скорости движения 100 км/ч, должен быть не менее 750 метров (см. табл.1.10).

Оценивая сказанное выше, можно сделать вывод о том, что действующие нормативы должны быть подвергнуты серьёзным изменениям.

Библиографический список

1. Столяров В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска: В 2 ч. / В.В. Столяров. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1994. - Ч. 1. - 184 с.

2. Столяров В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска: В 2 ч. / В.В. Столяров. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1994. - Ч. 2. - 232 c.

3. Столяров В.В. Теория риска в проектировании плана дороги и организации движения / В.В. Столяров. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1995. - 84 с.

Аннотация

В данной статье приведены материалы по исследованию обеспечения безопасности проектирования клотоидного плана трассы на основе управления риском возникновения ДТП, разработка рекомендаций по проекту автомобильной дороги на участках возможного заноса и опрокидывания автомобиля.

Ключевые слова: клотоида, биклотоида, риск, кривая в плане, безопасность, ДТП, дорога, автомобиль, радиус.

The procedure of analysis, assessment and reduction of risk. An accident occurrence on the curve in terms of skidding and tipping car condition.

Key words: clotoids, biclotoid, risk curve in plan, safety, road accident, road, car, radius.

Размещено на Allbest.ru