УДК 621.7/8 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ

УДК 621.7/8
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕРОВНОСТЕЙ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА КОЭФФИЦИЕНТ ДИНАМИЧНОСТИ
Беляев Д.С., Кочетков А.В.
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»,
Министерство образования и науки Российской Федерации, Пермь, Россия, (614990, г.
Пермь, Комсомольский просп., д. 29), e-mail: [email protected].
Кратная
аннотация:
Представлены
результаты
определения
коэффициента динамичности в зависимости от геометрии неровностей. Эта
задача может быть решена на уровне корреляционной зависимости между
изменением коэффициента динамичности и показателя ровности после расчета
каждого из них по данным цифровой модели автомобильной дороги. В качестве
измерителей предлагаются среднее, максимальное значения и среднее
квадратическое отклонение коэффициента динамичности.
Ключевые слова: автомобильная дорога, база данных, безопасность,
дорожное движение, динамичность, колесо, ровность
IMPROVEMENT OF METHODS OF RESEARCH OF INFLUENCE OF
GEOMETRICAL
CHARACTERISTICS
OF
ROUGHNESSES
OF
HIGHWAYS ON DYNAMISM COEFFICIENT
Belyaev D. S., Kochetkov A.V.
Perm national research polytechnical university, Perm, Russia (614990, Perm,
Komsomol avenue, 29), e-mail: [email protected].
Multiple summary: Results of definition to coefficient are presented to dynamism
depending on geometry of roughnesses. This task can be solved at the level of
correlation dependence between change of coefficient of dynamism and a flatness
indicator after calculation of each of them according to digital model of highway. As
measuring instruments average, maximum values and an average quadratic deviation
of coefficient of dynamism are offered.
Keywords:
highway,
database,
safety,
traffic,
dynamism,
wheel,
flatness
1
Представлены результаты совершенствования методов исследования
влияния геометрических характеристик неровностей автомобильных дорог на
коэффициент динамичности. Эта задача может быть решена на уровне
корреляционной зависимости между изменением коэффициента динамичности
и показателя ровности после расчета каждого из них по данным цифровой
модели автомобильной дороги.
В качестве измерителей предлагаются среднее, максимальное значения и
среднее квадратическое отклонение коэффициента динамичности.
Предлагается следующий укрупненный алгоритм.
1.
Исходной базой для решения задачи может являться только цифровая
модель дорожного покрытия, которая может быть определена, например, путем
проезда передвижной дорожной диагностической лаборатории, оснащенной
устройством видеосканирования и программой перевода в цифровую модель.
Погрешность измерения должна составлять не более 0,1 мм.
Могут быть использованы технологии лазерного сканирования и другие
современные средства получения цифровых моделей местности. Цифровая
модель может быть синтезирована по методике Кольцова-Гриба, согласно
которой, по одной фактической реализации микропрофиля маршрута,
записанного, используя стандартную профилометрическую установку, можно
синтезировать реализации множества параллельных сечений с известными
характеристиками.
Используя свойства однородности и изотропности дорожной поверхности
можно значительно упростить процесс сбора исходных данных для задания
возмущений от неровностей дорожной поверхности для различных
динамических моделей без потери важной информации о статистических
характеристиках дорожной поверхности и без потери информации о
возмущениях, вызываемых этой дорожной поверхностью.
2. Проводится типовой статистический и корреляционный анализ (в т.ч.
удаление случайных выбросов, проверка непротиворечия закону нормального
распределения).
3. По полученной цифровой модели проводится выделение периодической
коррелированной составляющей или гармонический анализ с переменным
шагом 1, 2,5; 5,0; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 90; 100 м. По
данным выделения коррелированной составляющей рекомендуется ее
обработать в виде огибающей с параметром, равным радиусу колеса
транспортного средства.
4. Определяются амплитуда, высота неровностей и текущие радиусы кривизны.
5.
Определяются расчетно диагностические показатели ровности, например,
по толчкомеру и IRI.
6. Определяются вертикальные ускорения для каждой накопленной неровности
согласно методике И.М.Рабиновича.
7. По полученному цифровому ряду ускорений и по данным об интенсивности
и составе движения транспортного потока определяются динамические
составляющие нагрузок на конструкцию автомобильной дороги.
2
8. Строится и анализируется гистограмма распределения коэффициента
динамичности.
9. Определяются среднее, максимальное значения и среднее квадратическое
отклонение и коэффициент вариации коэффициента динамичности. Строится
его автокорреляционная функция.
10.Определяются локальные участки неоднородностей коэффициента
динамичности с нулевым числом знакочередований.
11.Определяется допустимая вероятность накопления неровностей по методике
В.В.Столярова.
12.Строятся и анализируются графики.
13.По результатам накопленной статистики проводится корреляционнорегрессионный анализ и определение коэффициента относительного влияния
изменения показателя ровности на изменение коэффициента динамичности.
14.Проводится анализ графиков с точки зрения статистического анализа
числовых рядов и вопросов проектирования автомобильных дорог.
15.Формулируется перечень мероприятий по повышению качества дорожной
конструкции с учетом формируемых динамических свойств (конструктивные,
например геосетка, распределенный гидродемпфер; технологические – на
однородность).
16. Исследование вопросов технического нормирования коэффициента
динамичности с учетом Федерального закона «О техническом регулировании».
Также
рекомендуется
использовать
эконометрический
подход
определения коэффициентов относительного влияния изменения параметров
накопленных неровностей на изменение вертикальной составляющей
ускорения (пропорциональной изменению динамической нагрузки). Под
коэффициентом относительного влияния понимается отношение изменения
выхода к проценту изменения входа.
Рекомендуется использовать эконометрический подход в виде следующей
структуры общей модели:


Y  S  h  h  x  h  x
 Q   hD2  D    hD2  D 
n
0
1 1n
m mn
ln 
l
 1n 1n
,
где: S, Q – преобразование абсолютного или относительного вида (обычного
или логарифмического вида); h0 ,…, hn – весовые коэффициенты для
количественных входных факторов, получаемые методом наименьших
квадратов; hD1, …, hDl – весовые коэффициенты для манекенов бинарного вида.
Показателем эффективности идентификации параметров по выбранным
возмущающим факторам является величина остаточной дисперсии
 2 од /
f1n ,, f mn .
Анализируя
полученные
коэффициенты
уравнения
регрессии,
математическое ожидание, дисперсию и корреляционные соотношения, судят о
степени влияния возмущающих факторов на значение выходного параметра.
Согласно
процедуре
применения
эконометрического
подхода
определяются весовые коэффициенты линейной регрессионной модели с
включением Дамми-переменных (типа 1 или 0).
3
Тогда частная модель оценки изменения коэффициента динамичности
зависимости от изменения коэффициента ровности в конечном итоге будет
иметь следующий структурный вид:
k
h h K
динn
0
1
ровнn
,
где: h0 ,…, h1 – весовые коэффициенты для количественных входных факторов,
получаемые методом наименьших квадратов.
Расчет по методу наименьших квадратов приводит к определению
параметров регрессионного уравнения.
В свою очередь показатель ровности должен определяться в виде
эконометрического уравнения через квадрат скорости и радиус колеса
транспортного средства (как параметры интенсивности и состава
транспортного потока) и высоту (глубину) и радиус кривизны накопленной
неровности (как параметры изменения геометрии дорожного покрытия).
Для эконометрики важнейшим является использование только линейных
регрессионных
уравнений,
использование
инструментальных
и
дополнительных качественных переменных.
Используются специальные математические приемы разбиения области
определения на участки аппроксимации, переход через логарифмы от
абсолютных к относительным переменным, а также прием структурирования
модели по Дамми-переменным (1 – если да, 0 – если все остальное).
Данное представление помимо качественной визуализации результатов
обеспечивает и содержательность математической модели – соответствие
изменения знаков входящих переменных изменению знака выходного
параметра.
Пример использования эконометрического подхода.
По данным профессора Немчинова М.В. об изменении виброскорости V
для автомобиля ВАЗ-2107 по изменению глубины a поврежденностей
шероховатой поверхностной обработки коэффициент относительного влияния
определен как h1=1,6.
Начальный параметр h0=-2,5.
Тогда V= -2,5+1,6хa. .
Пример расчета коэффициента динамичности.
Максимальное ускорение согласно данным Немчинова М.В. равно 24
2
м/c .
Нагрузка на ось: Р=1460 кг/2=730 кг.
Динамическая нагрузка Q=Рхg=730х24= 17520 кгм/c2.
Максимальный коэффициент динамичности
Кдинмах=(730х9,8+17520)/730х9,8= (7154+17520)/7154=24674/7154=3,45.
Результаты М.В.Немчинова дают вывод о линейной зависимости между
высотой (глубиной) неровностей и ускорением на участке диаграммы начиная с
5 мм.
Это важно для анализа коэффициента динамичности, потому что можно
считать, что начиная с 5 мм влияние изменения радиуса кривизны неровностей
либо коррелированно с высотой (глубиной выступов), либо мало зависят от нее.
4
Заключение. Предложенная методика основана на том факте, что
величина удара при наезде колеса транспортного средства на неровность
пропорциональна квадрату скорости и зависит от отношения между суммой
радиусов кривизны и высотой препятствия.
Достоинством предложенной методики является возможность получать
численные ряды ускорений для любых сочетаний неровностей в виде коротких
средних и длинных волн, от которых можно просто переходить к численной
оценке коэффициентов ровности и динамичности.
Данная методика рекомендуется для опытно-экспериментального
исследования и сбора замечаний и предложений по ее совершенствованию.
Список литературы
1.
Рабинович И.М. Действие пехоты, кавалерии и артиллерии на мосту
/ Действие нагрузки на мосты под обыкновенную дорогу // Институт
инженерных исследований. Выпуск № 1/91. – М. : СССР-ТРАНСПЕЧАТЬНКПС. № 23. 1929. - С. 8-34.
2. Столяров, В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории
риска. В 2-х ч. Ч. 1,2. – Саратов: СГТУ, 1994. – 184 с., – 232 с.
3. Кокодеева Н.Е. Обеспечение безопасности автомобильных дорог с
учетом теории риска. Строительные материалы. 2009. № 11. С. 80-81.
4. Кокодеева Н.Е.Методологические основы оценки технических рисков
в дорожном хозяйстве/ Н.Е. Кокодеева, В.В. Талалай, А.В. Кочетков, Л.В.
Янковский,
С.П.
Аржанухина//Вестник
Пермского
национального
исследовательского политехнического университета. Урбанистика. 2011. № 3.
С. 38-49.
5. Кокодеева Н.Е. Методологические основы оценки технических
рисков / Вестник Волгоградского государственного архитектурностроительного университета. Серия: Технические науки. 2012. № 28. С. 126.
6. Кокодеева Н.Е. Техническое регулирование в дорожном хозяйстве./
Ю.Э. Васильев, Ю.В. Борисов, Н.Е. Кокодеева, С.В. Карпеев // Вестник
Московского автомобильно-дорожного государственного технического
университета (МАДИ). 2011. № 3. С. 103a-108.
5