Теоретический материал

Требования к элементам дороги обеспечивают возможность движения с расчетной скоростью одиночных автомобилей. Фактически по дорогам происходит одновременное движение большого числа автомобилей, которые образуют на дороге транспортные потоки, движущиеся навстречу друг другу. В каждом транспортном потоке осуществляется взаимодействие автомобилей. Между автомобилями устанавливаются интервалы, размер которых зависит от скорости движения и индивидуальных особенностей водителей. Различие в оценке оптимальных условий движения разными водителями приводит к возникновению в транспортном потоке внутренних помех. Поэтому все проектные решения, принимаемые на основе нормативов, разработанных применительно к движению одиночного автомобиля, должны анализироваться с точки зрения удовлетворения ими требований движения транспортных потоков.

Условия движения по дороге существенно меняются с увеличением интенсивности движения. На степень удобства проезда по дороге, легкость управления автомобилем, эффективность использования автомобильного транспорта и расход топлива непосредственное влияние оказывает загрузка дороги движением. В зависимости от степени загрузки дороги автомобилями различают несколько характерных режимов транспортных потоков, связывая с ними понятие об уровнях удобства движения:

- свободный поток (уровень удобства А) – одиночные автомобили, едущие на таком расстоянии друг за другом, что они не оказывают взаимного влияния на условия движения;

- частично связанный поток (уровень удобства движения Б) – движение  происходит в виде групп, состоящих из нескольких автомо-билей, которые отличаются по динамическим качествам и следуют на близком расстоянии друг за другом. Обычно это вызывается тем, что передний автомобиль, движущийся более медленно, задерживает задние. Средняя скорость потока снижается;

- связанный поток(уровень удобства движения В) –  движение происходит в виде больших групп автомобилей. Все автомобили оказывают взаимное влияние и сразу после обгона одиночного автомобиля или группы скорость автомобиля начинает вновь определяться движением едущего перед ним автомобиля;

- плотный, или насыщенный, поток(уровень удобства движения Г)  -  автомобили следуют друг за другом. Обгоны становятся практически невозможными. Скорость движения резко снижается.

Транспортные потоки характеризуются интенсивностью, средней скоростью, которая зависит от условий движения и состава транс-портного потока, и плотностью. Плотность транспортного потока – количество автомобилей, приходящееся на единицу длины однородного по транспортным характеристикам участка дороги, обычно протяженностью 1 км:

 

где  -интенсивность движения, авт./ч;

 - скорость движения, км/ч.

 

Количество автомобилей, которое может пройти по дороге за определенный отрезок времени, -  пропускная способность –   зависит от их скорости и степени организованности движения.

Различают следующие виды пропускной способности:

 - максимальную теоретическую пропускную способность, определяют по условию обеспечения безопасности движения с применением формул динамической задачи теории движения транспортных потоков для движения колонны однотипных автомобилей в благоприятных дорожных условиях;

- практическую типичную пропускную способность – наибольшее число автомобилей, которое может быть пропущено участком дороги при фактически складывающихся на ней режимах движения транспортных потоков в благоприятных погодных условиях. В СНиП 2.05.02-85 пропускная способность приводится для средних дорожных условий применительно к смешанному транспортному потоку в различных условиях рельефа и выражается числом автомобилей, приведенным к легковым.

Для определения максимальной пропускной способности воспользуемся упрощенно динамической задачей теории транспортных потоков. Рассмотрим пропускную способность полосы движения, по которой следуют однотипные автомобили с соблюдением постоянных расстояний между автомобилями. Расстояние между движущимися автомобилями принимается равным дистанции безопасности, включающей величину остановочного пути плюс запас.

Определяем динамический габарит по длине автомобиля , прибавив к дистанции безопасности длину автомобиля :

 

 

где  - длина автомобиля и величина запаса ;

 - величина остановочного пути – пути, проходимого автомобилем с момента обнаружения препятствия до его остановки (рис.1).

 

Рис. 1. Схема для определения остановочного пути автомобиля

 

Величина остановочного пути:

 

 

Здесь  - путь автомобиля за время реакции водителя:

 

 

где  – скорость автомобиля в момент обнаружения препятствия;

 - время реакции водителя (время реакции у разных водителей может меняться в достаточно широких пределах от 0,2 до 1,5 с);

 - путь автомобиля за время срабатывания тормозного привода:

 

 

где  - время срабатывания тормозного привода, который зависит от конструкции и технического состояния привода и изменяется в пределах от 0,2 до 0,4 с;

 - путь торможения. Величина пути торможения определяется выражением:

 

 

где  - коэффициент эффективности торможения, зависящий от конструкции тормозов и массы автомобиля, принимается в пределах от 1 до 1,5 (чем больше масса автомобиля, тем больше );

 - коэффициент сцепления, который изменяется в очень широких пределах и зависит от типа и состояния дорожного покрытия: сухая асфальтированная поверхность ; мокрый асфальт ; заснеженная дорога ; гололед ;

 - ускорение свободного падения;

 - уклон дороги.

 

Так как случай мгновенной остановки впередиидущего автомобиля в практике встречается редко, то часто в расчетах берут уменьшенное значение динамического габарита , принимая вместо ,  При этом предполагается, что при обнаружении опасности водитель впередиидущего автомобиля нажимает на педаль тормоза, сзади загорается стоп-сигнал. Водитель другого автомобиля, видя, что перед ним автомобиль тормозит, так же нажимает на педаль тормоза, и они тормозят одновременно, избегая попутного столкновения.

Для определения максимальной пропускной способности воспользуемся упрощенной динамической задачей теории транспортных потоков. Рассмотрим пропускную способность полосы движения, по которой следует с соблюдением постоянных расстояний между однотипными автомобилями транспортный поток.

Количество автомобилей, прошедших через рассматриваемое сечение полосы за час (авт./ч), т.е. пропускная способность полосы движения при скорости v (км/ч) для случая мгновенной остановки переднего автомобиля, что можно себе представить как падение из кузова грузового автомобиля какого-либо предмета, определяется формулой:

 

 

где  - средняя скорость транспортного потока, км/ч;

 - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов (

 - коэффициент сцепления колеса с поверхностью дороги (усовершенствованное покрытие – 0,75, асфальтобетонное покрытие – 0,7, влажное – 0,5, мокрое – 0,4, грязное – 0,3, обледенелое – 0,1…0,05);

 - продольный уклон дороги;

 - коэффициент сопротивления движению (;

 - запас между остановившимися автомобилями (;

 - длина автомобиля (.

Плюс в знаменателе ставится в случае движения на подъем, минус – на спуск.

 

Средняя скорость потока определяется по формуле:

 

 

где  - скорость движения одиночного автомобиля при отсутствии помех (в расчете принимается как максимальная допустимая скорость движения);

 - интенсивность движения по дороге в одном направлении, авт./ч;

 - коэффициент снижения скорости, который зависит от состава транспортного потока. При 20% легковых автомобилей , при 50% - 0,012 и при 80% - 0,008.

С падением скорости транспортного потока соответственно падает и пропускная способность дороги. Поэтому максимально возможная в нормальных условиях эксплуатации пропускная способность, названная Н.Ф. Хорошиловым практической, определится в точке пересечения кривых, полученных по уравнениям (4) и (5) (рис. 2).

 

Рис. 2. Зависимость пропускной способности дороги от скорости транспортного потока: 1 – зависимость скорости транспортного потока от интенсивности движения; 2 – пропускная способность, рассчитанная по уравнению (4); 3 – практическая пропускная способность полосы; 4 – скорость транспортного потока при практической пропускной способности

 

Практические значения пропускной способности для типичных дорожных условий (ровная, слегка увлажненная шероховатая поверхность с коэффициентом сцепления  при обеспечении видимости) в зависимости от категории дороги приведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Значения практической пропускной способности одной полосы

 

Категория дороги	Средняя практическая пропускная способность одной полосы движения при рельефе, авт./ч
	равнинном	пересеченном	горном
II	1200	1100	1000
III	1000	900	800
IV	850	800	650
V	650	550	400

 

На практике дорожные условия не всегда соответствуют типичным. Ввиду этого изменяется и пропускная способность. Учесть дорожные условия на конкретном участке позволяет способ, предложенный проф. В.В. Сильяновым. Способ основан на использовании полученных данных по данным наблюдений коэффициентов, отражающих влияние дорожных условий на изменение пропускной способности по сравнению с типичными условиями.

Пропускная способность участков, выражаемая в приведенном количестве легковых автомобилей определяется по формуле:

 

 

где  – максимальная практическая пропускная способность;

 – частные коэффициенты снижения пропускной способности, имеющие следующие значения:

 

Ширина полосы движения, м	3,75	3,5		3,0
	1,0	0,96		0,86
Расстояние от кромки проезжей части до препятствия, м	2,0	1,0		0,5
	1,0	0,9		0,83
Количество автопоездов в составе транспортного потока, %	10	20		30
	0,93	0,87		0,81
Продольный уклон, %	2,0	4,0		6,0
	0,92	0,83		0,64
Расстояние видимости, м	менее 100	150-200		250-350
	0,73	0,90		0,98
Снижение скорости в зоне действия знаков и в населенных пунктах, км/ч	60	50		30
	1,0	0,98		0,88
Тип обочины	щебень	засев		неукрепленный
	0,99	0,95		0,9
Тип покрытия	усовершенствованное		асфальтобетонное
	1,0		0,91
Участки около автобусных остановок	В стороне от дороги		Без отделения от проезжей части
	1,0		0,77
Наличие разметки	осевая	разделительная полоса		отсутствует
	1,02	1,4		0,8

 

Типичная пропускная способность полосы движения характеризует интенсивность движения при частично связанном режиме транспортного потока с некоторым снижением скорости по сравнению со скоростью одиночных транспортных средств.

В зависимости от интенсивности движения по дороге изменяются количество взаимных помех и режимы движения автомобилей. Чем меньшая предусматривается интенсивность по одной полосе проезжей части дороги при проектировании, тем большие удобства будут обеспечены для участников движения.

Загрузку автомобилями полос движения характеризуют коэффициентом загрузки z, который представляет собой отношение фактической интенсивности движения к практической типичной пропускной способности полосы движения. Различают четыре характерных состояния транспортного потока (табл. 2).

 

Таблица 2

Характеристика состояния транспортного потока

 

Уровень удобства движения	Интенсивн. движения на полосе, авт./ч,	Состояние транспорт. потока	Коэфф. загрузки z	Скорость потока по отношению к скорости одиночного автомобиля	Условия работы водителя
А	360	Свободное	Менее 0,2	0,9-1,0	Легкие
Б	900	Частично связанный	0,2-0,45	0,7-0,9	Нормальные
В	1200	Связанный	0,45-0,7	0,55-0,7	Затруд- ненные
Г	1600	Насыщенный	0,7-1,0	0,4-0,55	Напряжен- ные

 

Расчетный коэффициент загрузки дороги при сдаче в эксплуатацию не должен превышать 0,45-0,55 от ее практической пропускной способности, с тем чтобы к моменту окончания расчетного срока эксплуатации и возникновения потребности в реконструкции дороги он не превышал 0,65-0,75. Тем самым создается резерв пропускной способности на случай интенсивности перевозок, а также сезонных и суточных пиков интенсивности движения. Соответственно коэффициенту загрузки назначают число полос движения на проезжей части.

При назначении числа полос пользуются формулой:

 

 

где  - интенсивность движения, приведенная к легковым автомобилям;

 - коэффициент сезонной неравномерности движения (для осени – );

 - коэффициент загрузки, соответствующий необходимому для данной дороги уровня удобства;

 - типичная (практическая) пропускная способность полосы.

 

Варианты заданий

 

Исходные данные приведены в табл. 3 и 4

Таблица 3

Параметры и варианты задач для решения

 

Параметры	Номер варианта (последняя цифра номера по журналу)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
	500	800	1000	1200	600	1500	1700	2000	900	700
, км/ч	75	80	85	90	95	90	85	80	75	95

 

Таблица 4

Исходные данные для расчета

 

Параметры	Номер варианта (первая цифра номера по журналу)
	0	1	2
Время срабатывания тормозного привода, с	0,2	0,25	0,3
Время нарастания давления, с	0,1	0,2	0,15
Колея, м	2,4	2,0	1,8
Ширина полосы движения, м	3,75	3,0	3,5
Расстояние от кромки проезжей части до препятствия, м	1,0	0,5	2,0
Количество автопоездов в составе транспортного потока, %	30	20	10
Продольный уклон, %	8; 7; 4	12; 6; 5	10; 16; 7
Число полос движения	2 без разметки	2 с разметкой
Расстояние видимости, м	100	200	350
Снижение скорости, км/ч	50	30	60
Тип покрытия обочин	Щебень	Засев	Неукреплен.
Тип покрытия	Усовершенствованное		Асфальто-бетон
Автобусные остановки	В стороне от дороги		Без отделения от проезжей части

 

 

Задание:

1. В соответствии с приведенной выше методикой определить динамический габарит автомобиля по формуле (2).

2. Плотность транспортного потока по формуле (1).

3. Рассчитать максимальную пропускную способность полосы , пользуясь формулой (4) для различных значений скорости (от 10 км/ч до 90 с шагом 20 км/ч).

Результаты занести в табл. 5.

Таблица 5

Показатели при расчете пропускной способности

, км/ч	, м	, м	, м	, м	,ч	,ч	, авт,ч	, авт/ч
10
30
50
70
90

 

4. Рассчитать среднюю скорость движения транспортных средств по формуле (5) для интенсивности 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 от .

Результаты занести в табл. 6.

Таблица 6

Показатели при расчете средней скорости и плотности потока

	, авт,ч	, авт/ч		, авт,ч	, авт/ч
	, км/ч	, км/ч	, км/ч	, авт/ч	, авт/ч
			10
			30
			50
			70
			90

 

5. Плотность транспортного потока для расчетного и уменьшенного динамического габарита.

6. Построить график изменения пропускной способности дороги от скорости движения автомобиля при скоростях от 10 км/ч до 90 с шагом 20 км/ч. На том же графике построить кривые изменения средней скорости от интенсивности движения для интенсивности 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 от .

7. Определить для точки пересечения линий на графике значение скорости и интенсивности движения (типичная пропускная способность ).

8. Определить фактический коэффициент загрузки полосы. Сделать заключение о достаточности числа полос. Определить необходимое число полос по формуле (7).

9. Вычислить пропускную способность участка дороги с учетом частных коэффициентов по формуле (6). Сравнить пропускную способность с интенсивностью движения на данном участке.

 

Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Назовите виды транспортных потоков. Основные характеристики транспортного потока.

2. Что такое плотность транспортного потока?

3. От чего зависит пропускная способность полосы движения?

4. Динамические габариты автомобиля.

5. Что называется коэффициентом загрузки, и каковы его оптимальные значения.

6. Перечислите способы расчета пропускной способности.