Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития экономики государства одной из актуальных задач дорожного строительства является более широкое использование местных материалов. В районах с развитой металлургической промышленностью наиболее распространенными местными материалами являются шлаки.
При исследовании свойств шлаковых асфальтобетонов недостаточное внимание уделялось вопросам формирования их транспортно-эксплуатационных свойств в процессе длительной эксплуатации в различных погодно - климатических условиях, не рассмотрены особенности образования зимней скользкости на их поверхности. В основном, изучались вопросы, касающиеся физико-механических свойств асфальтобетонов, а также особенностей взаимодействия битума со шлаковым материалом. Экспериментальные исследования, проведенные на опытных участках на начальном этапе, не дают комплексной оценки динамики изменения транспортно-эксплуатационных параметров в период длительной эксплуатации и в различные периоды года. Отсутствие таких исследований ограничивает применение шлаковых асфальтобетонов на автомобильных дорогах высоких технических категорий.
Расширение области применения шлаковых асфальтобетонов в покрытиях автомобильных дорог позволит получить определённую экономию средств при их строительстве и эксплуатации, решить экологические проблемы утилизации отходов металлургической промышленности.
Цель работы - определение транспортно-эксплуатационных параметров автомобильных дорог со шлаковыми асфальтобетонными покрытиями и прогнозирование изменения этих параметров в процессе эксплуатации под воздействием погодно-климатических факторов и транспортного потока.
Задачи исследования:
обосновать транспортно-эксплуатационные параметры, учитывающие особенности работы шлаковых асфальтобетонных покрытий в процессе эксплуатации дорог и установить дорожные и погодные факторы, влияющие на их формирование;
разработать математические модели, описывающие динамику изменения транспортно-эксплуатационных параметров дорог со шлаковыми асфальтобетонными покрытиями и влияние погодных факторов на их эксплуатацию в зимний период;
- провести экспериментальные исследования для оценки изменения
транспортно-эксплуатационных параметров в процессе длительной эксплуата
ции, а также особенностей образования зимней скользкости на автомобильных
дорогах с покрытиями из шлаковых асфальтобетонов;
- провести вычислительные эксперименты для прогнозирования во вре
мени изменения транспортно-эксплуатационных параметров автомобильных
дорог со шлаковыми асфальтобетонными покрытиями и их оценки в зимний
период; [ РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ |
БИБЛИОТЕКА С Петер ОЭ Щ1
- на основе научных результатов разработать технологический регламент
по ремонту и содержанию автомобильных дорог со шлаковыми асфальтобетон
ными покрытиями.
Научная новизна работы. При решении поставленных задач получены следующие новые результаты:
на основе экспериментально-теоретических исследований установлены наиболее значимые факторы, влияющие на изменение основных транспортно-эксплуатационных параметров автомобильных дорог в период эксплуатации;
разработаны две математические модели. Первая описывает взаимодействие подсистемы "Дорога - Автомобиль - Среда" на длительном временном интервале и позволяет определять изменение прочности дорожной одежды, ровности покрытия, коэффициента сцепления и скорости движения транспортных потоков. Вторая модель описывает взаимодействие подсистемы "Среда -Дорога" на коротких временных интервалах в процессе формирования зимней скользкости. Выбраны и обоснованы параметры, входящие в математические модели;
получены математические модели в виде уравнений регрессии для описания и прогнозирования во времени прочности дорожной одежды, ровности покрытия и коэффициента сцепления для автомобильных дорог со шлаковыми крупнозернистыми и мелкозернистыми асфальтобетонными покрытиями;
получены математические модели в виде законов распределения и уравнений регрессии, описывающие изменение температуры воздуха при образовании зимней скользкости в виде стекловидного льда, на основе которых выявлена возможность образования скользкости на покрытиях из шлаковых асфальтобетонов.
- определена величина силы сцепления льда с поверхностью шлаковых
асфальтобетонных покрытий.
Практическая ценность работы заключается в получении математических моделей, которые могут являться инструментом для разработки технологического регламента по ремонту и содержанию автомобильных дорог с покрытиями из шлаковых асфальтобетонов, а также для создания алгоритма и программного обеспечения по прогнозированию состояния асфальтобетонных покрытий, позволяющих расширить область применения шлаковых материалов в дорожном строительстве.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены Федеральным управлением автомобильными дорогами "Черноземье" в виде технологического регламента по ремонту и содержанию автомобильных дорог с покрытиями из шлаковых асфальтобетонов, а также в учебном процессе ВГАСУ на кафедре проектирования автомобильных дорог и мостов при дипломном проектировании и выполнении научных работ студентов.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены и апробированы на: 9-ой Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2001); Международной научно-практической конференции «Строительство-2002» (Ростов-на-Дону, 2002); 5-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в
экологии» (Воронеж, 2002); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного дорожного строительства и хозяйства» (Вологда, 2002); 2-ой Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002); Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - региону» (Вологда, 2003); научно-технических конференциях Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2000-2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, общим объёмом 34 страницы Одна статья опубликована в журнале, рекомендованном ВАК для докторских диссертаций, Личный вклад автора составляет 26 страниц. В работах, опубликованных в соавторстве и приведённых в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: в /4, 6/- результаты динамики изменения температуры воздуха при образовании стекловидного льда; в 151- результаты экспериментальных исследований основных транспортно-эксплуатационных параметров автомобильных дорог со шлаковыми асфальтобетонными покрытиями; в /8/- методика и результаты лабораторных испытаний.
На защиту выносятся:
математические модели, описывающие изменения основных транспорт-но-эксплуатационных параметров автомобильных дорог с различными типами покрытий в период эксплуатации от погодно-климатических, дорожных и транспортных факторов;
результаты экспериментальных исследований основных транспортно-эксплуатационных параметров автомобильных дорог с покрытиями из шлаковых асфальтобетонов;
результаты лабораторных исследований теплофизических характеристик шлаковых асфальтобетонов и силы смерзания льда с их поверхностью;
математические модели для прогнозирования изменения прочности дорожных одежд с покрытиями из шлаковых асфальтобетонов, их ровности и коэффициента сцепления;
результаты моделирования процессов образования зимней скользкости на шлаковых асфальтобетонных покрытиях.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно-обоснованных методов математической статистики и регрессионного анализа, использованием математических моделей, адекватность которых подтверждена экспериментальными исследованиями, результатами внедрения и использованием поверенных приборов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав основного текста с изложением результатов исследований, основных выводов, приложений. Объём диссертации составляет 206 страниц, в том числе 28 таблиц и 49 иллюстраций.
Автор выражает особую благодарность доктору технических наук, доценту Самодуровой Татьяне Васильевне за помощь и консультацию в данной работе.
