Ճանապարհի վիրաժի հաշվիչ

Ճանապարհի կորերի նախագծման ֆիզիկան և լայնական պահանջը

Ճանապարհային կորերով տրանսպորտային միջոցների անվտանգ շարժումն ապահովելու համար անհրաժեշտ է հավասարակշռել կենտրոնախույս ուժը, որը ձգտում է մեքենան դուրս մղել շրջադարձի սահմաններից: Այս հավասարակշռումն իրականացվում է երկու հիմնական գործոնների միջոցով՝ ճանապարհի լայնական թեքության (վիրաժի) և անվադողերի ու ծածկույթի միջև առաջացող կողային շփման: Ֆիզիկայի տեսանկյունից այս փոխազդեցությունը նկարագրվում է նյութական կետի հիմնական հավասարմամբ.

e + f = V² ÷ (k · R)

Որտեղ e-ն վիրաժի թեքությունն է, f-ը՝ կողային շփման գործակիցը, V-ն՝ նախագծային արագությունը, R-ը՝ շրջադարձի շառավիղը, իսկ k-ն՝ չափայնության գործակիցը (127՝ մետրիկ համակարգի և 15՝ անգլիական համակարգի դեպքում): Այս հարաբերակցության ձախ կողմը ներկայացնում է ընդհանուր լայնական պահանջը (D):

Ճանապարհի վիրաժի հաշվիչը թույլ է տալիս նախագծողներին արագորեն որոշել անհրաժեշտ լայնական թեքությունը, ստուգել շփման սահմանաչափերը, հաշվարկել նվազագույն անվտանգ շառավիղը և գտնել գոյություն ունեցող կորերի խորհրդատվական արագությունները: Հաշվարկներն իրականացվում են անմիջապես օգտագործողի բրաուզերում. մուտքագրված տվյալները երբեք չեն հեռանում սարքից և չեն վերբեռնվում սերվեր:

AASHTO Method 5 բաշխման սկզբունքը

Ամերիկյան պետական ավտոճանապարհների և տրանսպորտի պաշտոնյաների ասոցիացիայի (AASHTO) Green Book (2018թ., 7-րդ հրատարակություն) ուղեցույցի համաձայն՝ լայնական պահանջի բաշխումը վիրաժի թեքության (e) և կողային շփման (f) միջև կատարվում է ըստ 5-րդ մեթոդի (Method 5): Այս մեթոդը համամասնորեն բաժանում է պահանջարկը՝ հաշվի առնելով դրանց առավելագույն սահմանաչափերը.

e = D · e_max ÷ (e_max + f_max)

Այս համամասնությունը թույլ է տալիս խուսափել ցածր արագությունների դեպքում չափազանց կտրուկ լայնական թեքություններից՝ միաժամանակ ապահովելով վարորդի հարմարավետությունը բարձր արագությունների ժամանակ: Կողային շփման առավելագույն սահմանաչափերը (f_max) հիմնված են վարորդի հարմարավետության զգացողության վրա և նվազում են արագության բարձրացմանը զուգընթաց: Օրինակ՝ մետրիկ համակարգում f_max-ի արժեքը 0.17 է 30 կմ/ժ արագության դեպքում և նվազում է մինչև 0.09՝ 120 կմ/ժ արագության դեպքում: Անգլիական համակարգում սահմանաչափերը տատանվում են 0.17-ից (20 մղոն/ժ) մինչև 0.08 (80 մղոն/ժ):

Կլիմայական պայմաններ և թույլատրելի առավելագույն թեքություն (e max)

Ճանապարհային գերատեսչությունները սահմանում են վիրաժի առավելագույն թեքության սահմանաչափեր (e_max)՝ ելնելով տեղական կլիմայական պայմաններից և ճանապարհի տեսակից.

• 4% - 6%: Կիրառվում է հիմնականում քաղաքային փողոցներում, որտեղ առկա են հաճախակի կանգառներ, լուսացույցներ և դանդաղ երթևեկություն:
• 8%: Ստանդարտ սահմանաչափ այն շրջանների համար, որտեղ ձյունն ու սառցակալումը սովորական երևույթ են: Սա կանխում է դանդաղ ընթացող կամ կանգնած մեքենաների սահքը դեպի կորի ներքին կողմը:
• 10% - 12%: Թույլատրվում է բացառապես առանց սառցակալման կլիմայական գոտիներում գտնվող արագընթաց մայրուղիների համար:

Անցումային տեղամասերի նախագծում

Ուղիղ տեղամասից (որտեղ գործում է սովորական երկկողմ թեքությունը) դեպի լիարժեք վիրաժ անցումը չի կարող կատարվել ակնթարթորեն: Այն պահանջում է հատուկ անցումային տեղամասերի հաշվարկ.

1. Երկկողմանի թեքությունից միակողմանիի անցման տեղամաս (Tangent Runout - Lt): Այս հատվածում ճանապարհի արտաքին գոտին պտտվում է սովորական երկկողմ թեքությունից (normal crown) մինչև հորիզոնական դիրք:
2. Վիրաժի անցումային տեղամաս (Superelevation Runoff - Lr): Այս հատվածում իրականացվում է ամբողջ պատվածքի պտույտը հորիզոնական դիրքից մինչև նախագծային լիարժեք թեքությունը:

Անցումային տեղամասի երկարությունը որոշվում է պատվածքի արտաքին եզրի բարձրացման հարաբերական թեքությամբ (Δ), որը նվազում է արագության բարձրացմանը զուգընթաց (օրինակ՝ 0.80%՝ 20 կմ/ժ դեպքում և 0.38%՝ 120 կմ/ժ դեպքում)՝ ապահովելով սահուն անցում բարձր արագությամբ ճանապարհներին:

Առանց սպիրալային կորերի նախագծման դեպքում անցումային տեղամասի (Lr) մոտ երկու երրորդը (67%) տեղադրվում է ուղղագիծ հատվածի վրա (կորի սկզբից առաջ), իսկ մնացած մեկ երրորդը՝ բուն կորի սահմաններում:

Ինտերֆեյսի օգտագործում և մուտքային տվյալներ

Հաշվիչն աշխատում է երեք հիմնական ռեժիմով, որոնք ընտրվում են «Հաշվարկել» դաշտում.

• Վիրաժի թեքություն: Որոշում է անհրաժեշտ լայնական թեքությունը տրված արագության և շառավղի դեպքում:
• Նվազագույն շառավիղ: Հաշվարկում է տվյալ արագության համար անվտանգ նվազագույն շառավիղը:
• Առաջարկվող արագություն: Որոշում է գոյություն ունեցող կորի անվտանգ խորհրդատվական արագությունը:

Օգտագործողը կարող է ընտրել չափման միավորները՝ «կմ/ժ · մ» (մետրիկ) կամ «մղոն/ժ · ֆուտ» (իմպերիալ): Հիմնական մուտքային դաշտերն են.

• Նախագծային արագություն: Թույլատրելի տիրույթը՝ 15–130 կմ/ժ (10–85 մղոն/ժ):
• Շրջադարձի շառավիղ: Չափվում է մինչև ճանապարհի առանցքագիծը:
• Գոյություն ունեցող վիրաժ: Օգտագործվում է առաջարկվող արագության հաշվարկի համար (0% - 12%):
• Թույլատրելի առավելագույնը (e max): Քաղաքականության սահմանաչափը:
• Գոտու լայնությունը, Պտտվող գոտիներ (1-ից 3.5) և Սովորական երկկողմ թեքություն (0% - 6%): Օգտագործվում են անցումային տեղամասերի երկարությունները որոշելու համար: Այս երեք դաշտերը դատարկ թողնելու դեպքում անցումային հատվածների հաշվարկը բաց է թողնվում:

Օգտագործողը կարող է սեղմել «Բեռնել օրինակը»՝ նախապես լրացված արժեքներով ծանոթանալու համար, կամ «Մաքրել»՝ բոլոր դաշտերը զրոյացնելու համար:

Հաշվարկման բանաձևեր և տեղադրում

Հաշվիչի «Բանաձևեր և տեղադրում» բաժնում ցուցադրվում են հետևյալ քայլ առ քայլ մաթեմատիկական արտածումները.

• Կողային պահանջ: D = V² ÷ (k·R)
• Շփման սահման: f_max (AASHTO աղյուսակ, ինտերպոլացված ըստ արագության)
• Վիրաժի թեքություն (Մեթոդ 5): e = D·e_max ÷ (e_max + f_max)
• Կողային շփում: f = D − e
• Վիրաժի անկյուն: atan(e)
• Նվազագույն շառավիղ: R_min = V² ÷ (k × (e_max + f_max))
• Անցումային կոր (Runoff): Lr = (w·n₁·e ÷ Δ)·b_w
• Միակողմանի թեքության անցում (Runout): Lt = (crown ÷ e)·Lr
• Տեղադրում: Պարույր չունեցող կորերի դեպքում անցումային կորի (Lr) մոտ երկու երրորդը (67%) տեղադրվում է ուղիղ հատվածում՝ կորի սկզբից առաջ, մեկ երրորդը՝ դրանից հետո։

Հաճախ տրվող հարցեր (FAQ)

Ինչպե՞ս է որոշվում գոյություն ունեցող կորի խորհրդատվական արագությունը:

Դա այն ամենաբարձր արագությունն է, որի դեպքում կորի շփման պահանջարկը մնում է հարմարավետության սահմաններում՝ լուծելով V² = 127·R·(e + f_max(V)) հավասարումը V-ի համար՝ չափված e թեքությամբ։ Քանի որ շփման սահմանաչափն ինքնին նվազում է արագության բարձրացմանը զուգընթաց, հավասարումը չունի փակ տեսք, ուստի հաշվիչը կատարում է իտերացիա երկկիսման մեթոդով մինչև հատման կետը և արդյունքը կլորացնում է ԴԵՊԻ ՆԵՐՔԵՎ՝ հաջորդ 5-ի բազմապատիկին՝ ցուցանակի վրա նշելու համար։ Եթե նույնիսկ աղյուսակի ամենացածր արագությունն է գերազանցում սահմանաչափը, ապա կորին անհրաժեշտ է ավելի մեծ շառավիղ կամ ավելի մեծ թեքություն. եթե հատման կետը գտնվում է 130 կմ/ժ-ից այն կողմ, ապա կորը չի սահմանափակում արագությունը տվյալ տիրույթում։

Ինչպե՞ս է հաշվիչը բաշխում ծանրաբեռնվածությունը վիրաժի թեքության և շփման միջև:

Նյութական կետի հավասարումը՝ e + f = V² ÷ (127 · R), սահմանում է արագությունից և շառավղից կախված կողային պահանջարկը (D): AASHTO-ի Մեթոդ 5-ն այնուհետև բաշխում է այն երկու առավելագույն արժեքների համամասնությամբ՝ e = D · e_max ÷ (e_max + f_max), որտեղ f_max-ը Green Book-ի՝ հարմարավետության վրա հիմնված շփման սահմանաչափն է նախագծային արագության համար (0.17՝ 30 կմ/ժ-ի դեպքում, մինչև 0.09՝ 120 կմ/ժ-ի դեպքում՝ աղյուսակի արժեքների միջև ինտերպոլացված): Ավելի բարձր արագությունները և ավելի կտրուկ կորերը պահանջարկի մեծ մասը տեղափոխում են վիրաժի թեքության վրա, մինչև հասնում է նորմատիվային առավելագույն սահմանաչափին. դրանից հետո շառավիղը պարզապես չափազանց փոքր է, և հաշվիչը, թեքությունը լռելյայն սահմանափակելու փոխարեն, հայտնում է նվազագույն շառավղի մասին:

Որո՞նք են վիրաժի անցումային կորը և միակողմանի թեքության անցումը:

Լայնական թեքությունը չի կարող սովորական երկկողմանի պրոֆիլից միանգամից անցնել լրիվ վիրաժի թեքության կորի սկզբնակետում: Միակողմանի թեքության անցումը (tangent runout) պտտում է արտաքին գոտին հակառակ թեքությունից մինչև հորիզոնական մակարդակ, իսկ վիրաժի անցումային կորը (superelevation runoff) պտտում է ամբողջ ծածկը հորիզոնականից մինչև լրիվ վիրաժի թեքություն: AASHTO-ն որոշում է անցումային կորի երկարությունը՝ ելնելով ծածկի եզրի և պտտման առանցքի միջև առավելագույն հարաբերական թեքությունից (0.80%՝ 20 կմ/ժ-ի դեպքում, մինչև 0.38%՝ 120 կմ/ժ-ի դեպքում), ինչի շնորհիվ արագընթաց ճանապարհները ստանում են ավելի երկար և սահուն անցումներ: Առանց կլորացման կորի (սպիրալի) անցման դեպքում անցումային կորի երկարության մոտ երկու երրորդը տեղադրվում է ուղիղ տեղամասի վրա՝ նախքան կորի սկիզբը, իսկ կլորացման կորի առկայության դեպքում անցումն ամբողջությամբ տեղադրվում է դրա երկարությամբ:

Ո՞ր նորմատիվային առավելագույն սահմանաչափը պետք է ընտրեմ:

Ընտրեք ճանապարհային գերատեսչության այն նորմատիվը, որը հավասարակշռում է կորի կառուցման ծախսերը դանդաղ ընթացող տրանսպորտային միջոցների կայունության և կլիմայական պայմանների հետ: AASHTO-ն առաջարկում է հինգ սահմանաչափ՝ 4% և 6%՝ քաղաքային տարածքների համար, որտեղ առկա են հաճախակի կանգառներ և դանդաղ երթևեկություն, 8%՝ այնտեղ, որտեղ ձյունն ու սառույցը սովորական երևույթ են, և 10% կամ 12%՝ բացառապես առանց սառցակալման շրջանների արագընթաց միջպետական ավտոճանապարհների համար, քանի որ դանդաղ ընթացող տրանսպորտային միջոցը կարող է սահել դեպի ներս կտրուկ թեքությամբ սառցապատ կորի վրա:

Ե՞րբ այս մեթոդը կիրառելի չէ:

Երկաթուղիներն օգտագործում են հավասարակշռող կանտի (բարձրացման) համակարգը, որն այլ բանաձև է: Ցածր արագությամբ քաղաքային փողոցների համար (70 կմ/ժ / 45 մղոն/ժ և ցածր) գործում են Green Book-ի առանձին չափանիշներ՝ շփման ավելի բարձր արժեքներով: Կլորացման կորով միացված անցումների դեպքում անցումային կորը ձևավորվում է սպիրալի երկարությամբ, այլ ոչ թե ուղիղ տեղամասի վրա այստեղ ներկայացված բաշխմամբ: Վերջապես, թեքության ոչ մի հաշվարկ չի փոխարինում ջրահեռացման, տեսանելիության հեռավորության և ճանապարհային պատվածքի նախագծմանը. լայնական թեքության փոփոխությունը չպետք է համընկնի երկայնական պրոֆիլի ցածր կետի հետ, իսկ սառցակալող շրջաններում անհրաժեշտ է կիրառել ավելի ցածր սահմանաչափեր: