Книги, научные публикации
Федеральное агентство по образованию ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет информатики Кафедра теоретических основ информатики УДК 681.03 ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ В ГАК зав. кафедрой ТОИ, д.т.н., проф. _
Ю.Л. Костюк л_ _ 2005 г.
Катиди Сергей Александрович Разработка дополнительных модулей к системе IndorCAD для решения инженерно-технических задач Дипломная работа Научный руководитель, профессор кафедры ТОИ, д.т.н. Выполнил студ. гр. 1401 Скворцов А.В. Катиди С.А.
Электронная версия дипломной работы помещена в электронную библиотеку. Файл Администратор_ Томск - 2005 Реферат Дипломная работа стр. 45, рисунков 13, 2 приложения, библ. 7 назв. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ, АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ, РАСЧЕТ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ, ПРОВЕРКА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ, РАСЧЕТ РАСТЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ, РАСЧЕТ ДРЕНИРУЮЩЕГО СЛОЯ, ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА НЕЖЕСТКОГО ТИПА. Объект исследования - автоматизация задач оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и проектирования дорожных одежд нежесткого типа. Цель работы - проектирование и разработка программных модулей, осуществляющих расчет загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом и расчет дорожных одежд нежесткого типа. Метод исследования - экспериментальный. Разработаны модули, расчет загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом и расчет дорожных одежд нежесткого типа, отвечающие заданным требованиям.
ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................................................4 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.......................................................6 1.1. 1.2. 2. 2.1. 2.2. 3. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ...........................................................................................................................6 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.....................................................................................................................................6 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ...................................8 ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА НЕЖЕСТКОГО ТИПА........................................................................................................ ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ....................................................................................................... ВИДЫ РАСЧЕТОВ.............................................................................................................................................11 3.1. РАСЧЕТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ................................11 3.1.1. Оценка уровня загрязнения почв автомобильным транспортом......................................................11 3.1.2. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автомобильного транспорта...........................................................................................................................................................11 3.1.3. Оценка уровня воздействия поверхностного стока с автомобильных дорог на водную среду......12 3.1.4. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и придорожных территорий пылью, продуктами загрязнения и износа покрытий.....................................................................................................13 3.1.5. Оценка шумового воздействия транспорта.......................................................................................14 3.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА.........................................................................15 3.2.1. Расчет дорожных одежд на прочность..............................................................................................15 3.2.2. Расчет на упругий прогиб......................................................................................................................15 3.2.3. Расчет на сдвигоустойчивость............................................................................................................16 3.2.4. Расчет на сопротивление асфальтобетонных слоев растяжению при изгибе..............................17 3.2.5. Проверка дорожной одежды нежесткого типа на морозоустойчивость..................................... 4.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЕЙ...........................................................................................20 4.1. НОМОГРАММЫ..............................................................................................................................................20 4.2. ГРАФИКИ.......................................................................................................................................................23 4.3. ТАБЛИЦЫ.......................................................................................................................................................23 4.4. РАСЧЕТЫ........................................................................................................................................................24 4.4.1. Расчет загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом........................................24 4.4.2. Расчет дорожных одежд нежесткого типа...................................................................................... ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................................................27 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...............................................................................................28 ПРИЛОЖЕНИЕ А. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.....................................................................................29 ПРИЛОЖЕНИЕ В. РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА................................................................................... Введение Дорожное хозяйство Российской Федерации на современном этапе является неотъемлемой частью единой транспортной системы страны, призванной содействовать решению общегосударственных и региональных социально-экономических проблем, а также осуществлению исполнения конституционного права граждан Российской Федерации на свободу передвижения. Поэтому, строительство новых и реконструкция существующих автодорог является важнейшей отраслью экономики Российской Федерации. Неотъемлемой частью строительства и реконструкции автодорог является проектирование. Это довольно сложный и трудоёмкий процесс, поэтому применение программного обеспечения для проектирования автомобильных дорог существенно повышает технический уровень и качество проектируемых объектов при заметном снижении их стоимости. При использовании последних достижений науки улучшается качество и снижается стоимость капиталовложений в дорожное строительство. Поэтому, необходимо внедрять в производство последние научно-технические разработки и программные обеспечения. Это необходимо для облегчения трудоёмких задач, улучшения качества, заметно уменьшив капитальные вложения. Важным аспектом при проектировании и строительстве автодороги является обеспечение безопасности движения. В то же время, многие процессы проектирования, которые могли бы быть автоматизированы, после чего занимали бы на порядок меньше времени, до сих пор часто выполняются вручную. Одними из таких практических задач является задачи оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и проектирования дорожных одежд нежесткого типа. Расчет дорожной одежды вручную это трудоёмкий и длительный процесс, занимающий не один день работы. В ходе проектирования инженеру приходится пользоваться справочными данными, осуществлять поиск значений из десятков таблиц, вручную производить итеративные вычисления. В случае даже незначительного изменения исходных данных весь процесс расчета повторяется заново, причем в процессе подбора слоев дорожной одежды изменения исходных данных происходят постоянно. Поэтому автоматизация этого процесса позволила бы значительно сократить время расчёта. Одной из целей данной дипломной работы является разработка модуля позволяющего автоматически рассчитывать динамически формируемую конструкцию дорожной одежды. Еще одним важным аспектом проектирования является соблюдение норм воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду. В случае же превышения предельно допустимых показателей возникает необходимость проектирования защитных мероприятий. В расчетах оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду пользователю так же приходится пользоваться большим количеством таблиц и производить повторяющиеся вычисления, расчет же защитных мероприятий, предполагает частое изменение исходных данных и как следствие частый перерасчет. В связи с этим возникает необходимость создания модулей для расчета воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и расчета дорожных одежд нежесткого типа позволяющего автоматизировать процесс вычислений, и тем самым облегчить труд рядовых пользователей. Данная дипломная работа посвящена созданию таких модулей. Данная дипломная работа состоит из 4 глав. В первой главе проводится анализ современного состояния проблемы, и производится постановка задачи. Во второй главе описывается предметная область, вводится общее представление о слоях дорожной одежды, описываются факторы, влияющие на расчеты дорог, а так же виды загрязнений дорог автомобильным транспортом.
В третьей главе вкратце приведены методологии расчета, рассматриваются виды расчетов, параметры по которым оценивается состояние дорог. В четвёртой главе описывается принципы решения проблем возникающих при проектировании В заключении сформулированы основные выводы по работе.
1. Обзор существующих систем и постановка задачи 1.1. Существующие системы В настоящее время в России широко распространены программные комплексы для проектирования автодорог, такие как PLATEIA, AutoCAD Land Development Desktop, CREDO, а так же отдельные приложения не входящие в другие программные комплексы, такие как ROBUR - ODN и некоторые другие. Программные комплексы являются серьезными проектами, существенно облегчающими труд проектировщиков. Но не в каждом из этих комплексов есть модуль расчета дорожных одежд, расчет же воздействия на окружающую природу встречается еще реже. В некоторых комплексах есть расчет на усиление дорожной одежды, но нет модулей расчета вновь проектируемой дороги. Программное средство для расчета дорожной одежды нежесткого типа ROBUR - ODN производит необходимые вычисления, однако не предоставляет пользователю достаточно удобного интерфейса для работы со сформированной конструкцией. Программный комплекс CREDO предназначен для решения множества инженерно-геодезических задач, и состоит из нескольких модулей, только один из которых предназначен именно для проектирования автодорог 2-4 категорий. По мнению специалистов инженерно-дорожного центра Индор основным недостатком как программного комплекса CREDO является несоответствие этих комплексов требования, предъявляемым в настоящее время к программному обеспечению, так как эти комплексы были разработаны для операционной системы DOS и только в последнее время начали перерабатываться под Windows. Ещё одним недостатком системы CREDO является невозможность проектирования автодорог первой технической категории. Поэтому специалисты ООО ИндорСофт совместно с ООО ИД - Индор поставили задачу создания новой системы, объединяющей в себе плюсы известных систем и лишённой, по возможности, описанных выше недостатков.
1.2. Постановка задачи После того как были произведены необходимые изыскания, и проектировщиками проложен маршрут будущей дороги, настает очередь проверки дорожного полотна по критериям прочности. Так же необходимо оценить воздействие на окружающую среду транспортного потока, который будет проходить по данной трассе. В случаях несоблюдения экологических норм необходимо спроектировать защитные мероприятия, или же, в крайнем случае перенести трассу и спроектировать маршрут заново. В рамках данной дипломной работы была поставлена задача создания дополнительных модулей системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог IndorCAD/Road, предназначенных для автоматизации расчетов оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду (ОВОС) и автоматизации расчетов проектирования дорожных одежд нежесткого типа. Модуль для автоматизации расчетов оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду должен отвечать следующим требованиям: 1. Предоставлять пользователю удобный пользовательский интерфейс для работы с каждым видом расчетов. 2. Автоматически производить расчет величин загрязнения. Модуль для автоматизации расчетов дорожных одежд нежесткого типа должен отвечать следующим требованиям:
1. Динамически формировать конструкцию дорожной одежды. 2. Информировать пользователя об ошибках вычислений, а также выводить предупреждения и дополнительную информацию. 3. Предоставлять пользователю удобный интерфейс для работы со сформированной конструкцией. 4. Реализовывать функции загрузки/сохранения проекта пользователя. 5. Производить необходимые расчеты конструкции дорожной одежды, и отображать результаты расчетов в удобной для просмотра форме.
2. Описание предметной области 2.1. Оценка воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду При проектировании автомобильных дорог следует учитывать возможные негативные воздействия на растения и животных. Если эти воздействия вызывают гибель или переселение даже отдельных биологических видов, наступают изменения природной среды в данной местности, ухудшающие состояние окружающей среды. Воздействия на растительный и животный мир могут быть прямыми (механические повреждения, уничтожения, отравление отработавшими газами транспортных средств или строительных машин, влияние шума и т.п.) или косвенными, которые обусловлены изменением среды обитания. Обоснованием проектных решений должны служить выполненные по данным экологических обследований оценки возможного количественного или качественного ущерба лесам, охотничьим и редким животным и птицам, промысловым и ценным видам рыбы, а так же сельскохозяйственному производству. Заказчиком, по требованию соответствующих природоохранных органов или других заинтересованных ведомств, могут быть выданы дополнительные задания на проектирование мероприятий по охране растений, ценных видов животных, заповедных или иных угодий особого природоохранного режима или специальных видов сельскохозяйственного производства. В процессе расчета воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду приходится учитывать большое число внешних факторов, например, таких как рельеф местности, вид почвы, состав автомобильного транспорта, социальная среда в районе загрязнения, и т.д. В расчетах воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду, выделяют следующие виды вычислений [7]: Оценка уровня загрязнения почв автомобильным транспортом - данный вид расчета выявляет уровень загрязнения свинцом придорожной зоны. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом - данный расчет выявляет величины выбросов с отработавшими газами опасных соединений, таких как оксид углерода, оксид азота, углеводород и свинец. Оценка уровня воздействия поверхностного стока с автомобильных дорог на водную среду - данный вид расчета выявляет величины сбросов в водную среду продуктов износа покрытий, шин и тормозных колодок, а так же величины выбросов от работы двигателей автомобилей. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и придорожных территорий пылью, продуктами загрязнения и износа дорожных покрытий - данный вид расчета выявляет величину запыления объекта, при проектировании временных дорог или дорог низших категорий. Оценка уровня шумового воздействия транспорта - данный вид расчета определяет величину шумового давления, возникающую при движении автомобильного транспорта. Результаты расчетов сравниваются с предельно допустимыми показателями, и в случае необходимости, производится расчет защитных мер с целью понижения вредного влияния на животный и растительный мир.
2.2. Дорожная одежда нежесткого типа К нежестким дорожным одеждам относят одежды со слоями, устроенными из разного вида асфальтобетонов (дегтебетонов), из материалов и грунтов, укрепленных битумом, цементом, известью, комплексными и другими вяжущими, а также из слабосвязных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.). Различают следующие элементы дорожной одежды [3]: Покрытие - верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов. По поверхности покрытия могут быть устроены слои поверхностных обработок различного назначения (слои для повышения шероховатости, защитные слои и т.п.). Основание - часть конструкции дорожной одежды, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость [3]. Следует различать несущую часть основания (несущее основание) и дополнительные слои основания. Несущая часть основания должна обеспечивать прочность дорожной одежды и быть морозоустойчивой. Дополнительные слои основания - слои между несущим основанием и подстилающим грунтом, предусматриваемые при наличии неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условий. Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и создавать условия для снижения толщины вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют морозозащитным, теплоизолирующим, дренирующим. К дополнительным слоям и прослойкам относят также гидро- и пароизолирующие, капилляропрерывающие, противозаиливающие и др. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими, из местных грунтов, обработанных вяжущими, из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей и т.д., а также из различного рода специальных индустриально выпускаемых материалов (геотекстиль, пенопласт, полимерная пленка и т.п.). Напряжения в конструктивных слоях и в подстилающем грунте от воздействия транспортной нагрузки вычисляют по формулам теории упругости для слоистой среды, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой через гибкий круглый штамп, с учетом условий на контакте слоев. При этом используют приближенные методы, основанные на упрощенных расчетных схемах и построенных на их основе номограммах. Классификация дорожных одежд и покрытий приведена и табл.1.1. Таблица 1.1 Типы дорожных одежд Виды покрытий, материал и способы его укладки Усовершенствованные покрытия: Капитальные из горячих асфальтобетонных смесей Облегченые а) из горячих асфальтобетонных смесей б) из холодных асфальтобетонных смесей в) из органоминеральных смесей с жидкими органическими вяжущими, с жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными;
с вязкими, в том числе эмульгированными органическими вяжущими;
с эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными;
из каменных материалов и грунтов, обработанных битумом по способу смешения на дороге или методами пропитки;
из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими методом пропитки;
черного щебня, приготовленного в установке и уложенного по способу заклинки;
из пористой и высокопористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой;
из прочного щебня с двойной поверхностной обработкой Покрытия переходные Переходные Низшие из щебня прочных пород, устроенные по способу заклинки без применения вяжущих материалов;
из грунтов и малопрочных каменных материалов, укрепленных вяжущими;
булыжного и колотого камня (мостовые) из щебеночно-гравийно-песчаных смесей;
малопрочных каменных материалов и шлаков;
грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами;
древесных материалов и др.
3. Виды расчетов 3.1. Расчеты воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду 3.1.1. Оценка уровня загрязнения почв автомобильным транспортом При работе двигателей транспортных средств образуются Уусловно твердыеФ выбросы, состоящие из аэрозольных и пылевидных частиц. В наиболее значительном количестве образуются выбросы соединений свинца и углерода (сажи). Выбросы соединений свинца [7] происходят одновременно с выбросами отработавших газов при работе двигателей внутреннего сгорания автомобилей на этилированном бензине. Считается, что около 20% общего количества свинца разносится с газами в виде аэрозолей, 80% выпадает в виде твердых частиц размером до 25 мкм и водорастворимых соединений на поверхности прилегающих к дороге земель, накапливается в почве на глубине пахотного слоя или на глубине фильтрации воды атмосферных осадков. Уровень загрязнения свинцом поверхностного слоя почвы на заданном расстоянии от края проезжей части автодороги определяется по формуле:
Pc = РП h (3.1) где Pс - уровень загрязнения поверхностного слоя свинцом, мг/кг;
h - толщина почвенного слоя в метрах, в котором распределяются выбросы свинца;
- плотность почвы, кг/м3;
PП - величина отложения свинца на поверхности земли, мг/м2;
Величина PП в свою очередь, зависит от множества факторов, таких как 1) состав транспортного потока по видам автомобилей и двигателей, 2) расстояние от края проезжей части до точки измерения, 3) розы ветров, 4) средняя скорость движения автомобильного транспорта и т.д. В расчете исходные данные представлены в виде таблиц, графиков, а также определяются по дополнительным формулам или же прямо задаются пользователем.
3.1.2. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автомобильного транспорта В состав отработавших газов двигателей автомобильного транспорта входит ряд компонентов, из которых существенный объем занимают токсичные газы: окись углерода, углеводороды, окислы азота, соединения свинца [7]. Методика расчета основана на поэтапном определении эмиссии отработавших газов, концентрации загрязнения воздуха этими газами на различном удалении от дорог. При расчете выбросов учитываются различные типы автотранспортных средств и конкретные дорожные условия. Так же учитываются такие факторы, как 1) тип солнечной радиации, которая может быть сильной или слабой, 2) скорость ветра, преобладающего в расчетный период и.т.д.
Мощность эмиссии ядовитых веществ в отработавших газах для каждого газообразного вещества на конкретном участке дороги определятся по формуле:
q = 2.06 i i m Gik N ik K k + Giд N iд K д l l (3.2) где q - мощность эмиссии ядовитых веществ в отработавших газах для каждого газообразного вещества, мг/м3;
2.06* 10Ц4 - эмпирический коэффициент;
m - коэффициент, учитывающий дорожные и автотранспортные условия;
Giк - средний эксплуатационный расход топлива для данного типа карбюраторного автомобиля, л/км;
Giд - средний эксплуатационный расход топлива для данного типа дизельного автомобиля, л/км;
N iк - расчетная перспективная интенсивность движения для данного типа карбюраторного автомобиля, авт./час;
N iд - расчетная перспективная интенсивность движения для данного типа карбюраторного автомобиля, авт./час;
К к, К д - коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения для карбюраторных и дизельных типов двигателей соответственно. Данные расчета по формуле (3.2) сравниваются с предельно допустимыми величинами загрязнения по каждому ингредиенту. Предельно допустимые величины загрязнения по каждому ингредиенту устанавливаются органами Санэпиднадзора. В случае превышения предельно допустимых норм производится расчет защитных сооружений - защитных зеленых насаждений, экранов, защитных валов.
3.1.3. Оценка уровня воздействия поверхностного стока с автомобильных дорог на водную среду Загрязнение водостоков (водоемов) поверхностными сточными водами с автомобильных дорог и мостов составляет незначительный удельный вес от загрязнения водной среды отходами промышленного и химического производств, однако этот вид воздействия все же необходимо упоминать в проектной документации [7]. Оседающие на покрытии автомобильных дорог пыль, продукты износа покрытий, шин и тормозных колодок, выбросы от работы двигателей автомобилей, материалы, используемые для борьбы с гололедом, и т.д. приводят при смыве дождевыми и талыми водами к насыщению вод поверхностного стока различными загрязняющими веществами. Определение величины фактического сброса загрязняющих веществ с учетом внешних условий определяется по формуле:
ФС = 3600 С ф Qc (3.3) где ФС - величина фактического сброса загрязняющих веществ, для каждого вещества, г/час;
C ф - фактическая концентрация загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах по каждому ингредиенту загрязнений, мг/л;
Qc - расчетный расход поверхностных сточных вод, л/сек;
Фактическая концентрация загрязняющих веществ определяется по таблицам, учитывая поправки на: категорию дорожной одежды, тип покрытия, а так же по данным наблюдений. Расчетный расход поверхностных сточных вод определяется исходя из географического расположения рассчитываемого участка автомобильных дорог, площади стока, времени притекания талых вод, слоя стока и.т.д. На следующем этапе определяется предельно допустимый сброс по формуле:
ПДС = 3600 С пр.д Qc (3.4) где ПДС - допустимый сброс для каждого вещества, г/час;
C пр.д - предельно допустимое содержание загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с водами водотока, мг/л;
водах по каждому ингредиенту загрязнений, мг/л;
Qc - расчетный расход поверхностных сточных вод, л/сек.;
Предельно допустимое содержание загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с водами водотока определяется по формуле Фролова - Родзиллера (3.5). Qв (3.5) С пр.д = (C пдк С в ) + С пдк Qc где С пр.д - Предельно допустимое содержание загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с водами водотока, г/час;
- коэффициент смешения сточных вод с водой водотока;
Qв - среднемесячный расход воды в водотоке м3/сек.;
С пдк предельно допустимая концентрация данного загрязняющего вещества в водотоке мг/л;
Св - концентрация данного загрязняющего вещества в бытовых условиях в водотоке, мг/л, принимается по данным органов Росгидромета и Санэпиднадзора;
Каждый коэффициент определяется по собственным формулам, учитывающим: среднюю скорость потока в русле, коэффициенты извилистости русла реки в которую будет осуществлен сброс загрязняющих веществ, коэффициент, учитывающий влияние гидравлических факторов смешения, среднюю глубину в русле реки и т.д. В случаях, когда фактический сброс загрязняющих веществ, превышает предельно допустимый сброс загрязняющих веществ, отвод сточных вод непосредственно в водоток без очистки не допускается. При очистке следует обеспечивать на выходе из очистного сооружения концентрацию загрязняющих веществ, не превышающую рассчитанной ранее предельно допустимой.
3.1.4. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и придорожных территорий пылью, продуктами загрязнения и износа покрытий При проектировании автомобильных дорог с переходными и низшими типами дорожных одежд, а так же при проектировании стадийного строительства дорог с капитальными дорожными одеждами, кода на первой стадии строительства предусматриваются гравийные (щебеночные) и другие покрытия из неукрепленных материалов следует оценивать влияние пыли, образующейся при движении транспорта. Пылеобразование на автомобильных дорогах происходит в результате износа покрытия, внесения колесами автомобиля на проезжую часть грязи и пыли, а так же износа автопокрышек. На интенсивность пылеобразования влияют физико-механические свойства материала и состояние покрытия, скорость движения автотранспорта, вес, габариты и тип движущихся по дороге автомобилей, погодно-климатические условия в районе проложения трассы. Основным критерием качества воздуха при пылевыделении покрытий на автомобильных дорогах является коэффициент запыленности, который определяется по формуле: Сф К пл = (3.6) С пдк где С пдк - предельно допустимая концентрация пыли, мг/м3;
С ф - расчетная концентрация пыли, мг/м3;
Предельно допустимая концентрация пыли устанавливается органами Санэпиднадзора. Например, для жилого массива предельно допустимая концентрация будет существенно ниже, чем для рабочей зоны крупного завода. Расчетная концентрация пыли высчитывается исходя из типа дорожного покрытия, способности покрытия к пылеобразованию, а так же зависит от расстояния, на котором находится источник пыли от объекта запыления. Исходя из величины рассчитанного коэффициента запыления, принимают решение о возможности проложения трассы автодороги на намеченном расстоянии от существующего объекта запыления.
3.1.5. Оценка шумового воздействия транспорта Оценка уровня шумового воздействия транспорта на окружающую среду производится при наличии в зоне влияния дороги мест, чувствительных к шумовому воздействию промышленных территорий населенных пунктов, санитарно-курортных зон, территорий сельскохозяйственного назначения, заповедников, заказников, а так же в других случаях специально обусловленных заданием на проектирование. Возникающий при движении транспорта шум ухудшает качество среды обитания человека и животных на прилегающих к дороге территориях. Шум действует на нервную систему человека, снижает трудоспособность, уменьшает сопротивляемость к сердечно сосудистым заболеваниям. Уровень звукового давления определяется по формуле:
P L p = 10 Lg P (3.7) где L p - уровень звукового давления, дБ;
P - интенсивность действующего звука (шума), Вт/м2;
P0 - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости при частоте звука 1000 Гц;
Оценку шума в соответствии с СНиП II-12-77 проводят по величине эквивалентного уровня измерением в дБА., что позволяет учесть неоднородность интенсивности шума во времени. Величина эквивалентного уровня транспортно шума, образующегося на эксплуатируемой дороге, зависит от множества факторов, таких как 1) количество транспортных средств, 2) состав движения, 3) эксплуатационное состояние транспортных средств, 4) плот ность транспортного потока, 5) вид покрытия, 6) число полос движения, 7) наличие разделительной полосы, 8) расстояние от источника шума, 9) покрытие придорожной зоны и т.д. Рассчитанная величина эквивалентного шума не должна превышать для конкретных условий предельных величин установленных санитарными нормами. Если установленные предельные значения превышены, следует применять мероприятия и сооружения защиты от шума. В качестве мероприятий применяются следующие: устройство древесно-кустарниковой полосы, применение шумозащитных барьеров, перенос трассы дороги. Установка кустарников предполагает снижение шума в зависимости от типа зеленых насаждений. Установка шумозащитного барьера предполагает более сложный расчет, который зависит от: высоты самого барьера, высоты геометрического центра источника шума над поверхностью дороги, расстояния от геометрического источника шума до заданного объекта, расстояния от расчетной полосы движения до экрана, угла расположения защитного экрана к дорожному полотну и т.д. При конструировании шумозащитных ограждений следует учитывать эстетические требования, безопасность движения, прочность, устойчивость, технологические условия строительства и эксплуатации.
3.2. Проектирование дорожных одежд нежесткого типа 3.2.1. Расчет дорожных одежд на прочность Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия. Методика оценки прочности конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого упругого прогиба от числа приложений нагрузки), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях и устанавливаемых с использованием решений теории упругости. Расчет дорожных одежд на прочность подразумевает оценку текущих слоев дорожной одежды по трем критериям: 1. Расчет на упругий прогиб. 2. Расчет на сдвигоустойчивость. 3. Расчет на сопротивление асфальтобетонных слоев растяжению при изгибе. Именно при расчете на прочность перед инженером встают самые трудоемкие для человека задачи работы с номограммами, таблицами, ссылающимися друг на друга, а так же итеративными расчетами. Все эти задачи требуют от инженера постоянного внимания, и длительных вычислений, причем ошибка на каком либо этапе крайне пагубно влияет на весь расчет в целом.
3.2.2. Расчет на упругий прогиб Одним из важных этапов возникающих при проектировании является расчет на упругий прогиб. В данном виде расчета активно используются номограммы и таблицы. Этот вид расчета является одним из самых трудоемких для ручного счета, а так же одним из самых требовательных к точности вычислений. Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:
тр E об E min K пр, (3.8) где E об общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;
E min минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;
тр K пр требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности;
Общий расчетный модуль упругости конструкции определяют с помощью номограмм, построенных по решению теории упругости для модели многослойной среды. Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:
Emin = 98.5 lg( N p ) c где [ ] (3.9) N p - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорож ной одежды;
с - эмпирический параметр, принимаемый равным, для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55;
110 кН - 3,25;
130 кН - 3,05. Расчет по допустимому упругому прогибу (по требуемому модулю деформации) ведут в следующей последовательности: 1. Определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции по формуле (2.7). 2. Назначают модули и предварительно толщины слоев конструкции (кроме толщины основания). 3. Выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограмм требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя.
3.2.3. Расчет на сдвигоустойчивость Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:
T Tпр тр K пр, (3.10) тр где: K пр требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности;
Т расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки, МПа;
Т пр предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг, МПа;
При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели. При расчете дорожной конструкции на прочность по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна в качестве нижнего принимают грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего - всю дорожную одежду. Толщину верхнего слоя hi принимают равной сумме толщин слоев одежды ( hi ).
i =1 n Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:
Eв = Ei hi i =1 n n h i = i (3.11) где Eв - модуль упругости верхнего слоя, МПа;
n - число слоев дорожной одежды;
Ei - модуль упругости i - го слоя, МПа;
hi - толщина i - го слоя, см;
При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания с помощью номограмм нижнему слою двухслойной модели условно присваивают обычные характеристики песчаного слоя ( с П, Г ), а модуль упругости принимают равным общему модулю на поверхности песчаного слоя;
толщину верхнего слоя модели принимают равной общей толщине слоев, лежащих над песчаным, а модуль упругости Eв вычисляют, как средневзвешенное значение для этих слоев по формуле (3.11). Так же в расчетах при назначении коэффициентов учитывается влияние состава грунта, влажности, погодных условий.
3.2.4. Расчет на сопротивление асфальтобетонных слоев растяжению при изгибе В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.) возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:
r < Rn тр K пр (3.12) тр где K пр требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности;
Rn прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;
r наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом;
Дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровности поверхности дорожной одежды, связанной с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.). Номенклатура дефектов и методика количественной оценки их определяются специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.
3.2.5. Проверка дорожной одежды нежесткого типа на морозоустойчивость В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд. Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие l пуч lдоп (3.13) где l пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;
lдоп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта;
При проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:
l пуч = l пуч.ср. К УГВ К ПЛ К нагр К вл (3.14) где l пуч - величина морозного пучения при осредненных условиях, см;
l пуч.ср. - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных, см;
К УГВ - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя;
К ПЛ - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки ;
К нагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания;
К вл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта;
Каждый коэффициент рассчитывается по собственной методике или принимается из соответствующих таблиц. Для обеспечения морозоустойчивости применяют различные специальные мероприятия:
- использование непучинистых или слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;
- осушение рабочего слоя земляного полотна, в том числе устройство дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод;
устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-ой или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;
- устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в т.ч. укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;
- устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;
- устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим);
4. Практическая реализация модулей 4.1. Номограммы При ручном расчете, проектировщику неоднократно приходится сталкиваться с номограммами. Номограмма это - семейство функций, к каждой из которых задан параметр. В расчетах номограммы задаются зачастую эмпирическими методами, человек может просто посмотрев на номограмму, на УглазФприкинуть требуемое для расчета значение. При автоматизированном расчете появляется необходимость аппроксимации номограмм. Одним из этапов возникших при проектировании модулей был этап реализации класса для работы с номограммами. В процессе разработки необходимо было реализовать работу с номограммами 2-х типов: 1. Номограмма, состоящая только из кривых, проиллюстрирована на рисунке 1, каждой кривой назначается параметр.
Рис.1. Номограмма, состоящая только из кривых Для номограмм этого типа необходимо найти кривую, заданную следующим образом, сначала вычисляется значение точки на оси Ox, затем вычисляется значение точки на оси Oy, из этих точек проводятся прямые перпендикулярно соответствующей оси координат, точка пересечения укажет кривую, далее определяется параметр соответствующий данной кривой, и этот параметр и есть результирующее значение. В случае, когда точка пересечения не попадает ни на одну кривую, а попадает между двумя, значение вычисляется с помощью интерполяции. 2. Номограмма, состоящая как из кривых, так и из прямых, проиллюстрирована на рисунке 2, каждой кривой назначается параметр, а так же каждой прямой назначается параметр.
Рис. 2. Номограмма, состоящая как из кривых, так и из прямых Работа с номограммами этого типа осуществляется следующим образом: сначала определяется значение точки на оси Ox, затем проводится прямая перпендикулярно оси Ox до пересечения с кривой заданной параметром, в случае если заданный параметр не характеризует ни одну из кривых, но лежит между другими параметрами, необходимо восстановить кривую с помощью интерполяции, далее из полученной точки проводится прямая параллельно оси ох до пересечения с прямой заданной параметром, в случае если заданный параметр не характеризует ни одну из прямых, но лежит между другими параметрами, необходимо восстановить прямую с помощью интерполяции. В заключение из полученной точки пересечения горизонтальной прямой и найденной прямой, проводится прямая параллельно оси Oy до пересечения со второй осью Ox. Поскольку номограммы были предоставлены автору в растровом виде (сканированные файлами в формате *.bmp), то автором было принято решение аппроксимировать кривые номограмм В-сплайнами в графическом редакторе IndorDraw. Неоспоримым преимуществом аппроксимации является то, что данный вид аппроксимации дает повышенную точность. В программе номограммы хранятся в виде структуры: TNomogramma. Данная структура имеет следующие поля: Массив координат точек сплайна, который описывает линии номограммы ArrayOfPoints: TModelPointDynArray;
Количество точек сплайна NumPoints: integer;
Количество линий сплайна NumLines: integer;
Массив коэфициентов для линий номограмм ArrayOfKoef: array of double;
Для работы с номограммами были разработаны следующие классы. Класс TNomogramm реализует основной набор функций для работы с номограммами. Ключевыми являются следующие: function TestParam(param: double): integer;
Проверяет заданный параметр, в случае несовпадения указанного параметра со стандартными заданными для данной номограммы возвращает результат, указывающий на необходимость интерполяции. function Interpolation( Param: double;
out InterpArray: TmodelPointDynArray ): integer;
Осуществляет интерполяцию по заданному параметру. Так же класс содержит абстрактные методы: function GetXbyY( y: double;
parameter: double ): double;
virtual;
abstract;
function GetYbyX( x: double;
parameter: double ): double;
virtual;
abstract;
Данные абстрактные методы реализуются в двух наследниках класса TNomogramm, TNomogrammCurve, TNomogrammLine. Необходимость создания данных классов обусловлена следующим: номограмму 2-го типа удобно представить в виде 2-х номограмм, номограммы состоящей из прямых, и номограммы состоящей из кривых линий, искомое значение получается с помощью комбинирования вызовов функций данных классов. Для номограмм 1-го типа реализуется метод function GetValueByXY(x,y: double): double;
позволяющий получить искомое значение по 2-м прямым заданным координатами х и у.
4.2. Графики Наряду с номограммами в расчетах так же осуществляется работа с графиками. Графики отличаются от номограмм гораздо меньшим числом кривых, а так же отсутствием параметра присеваемого кривой. Кривые в расчетах аппроксимируют ломаной, а не сплайном как в случае с номограммами. Это необходимо в расчетах где не требуется большой точности, как в случае с номограммами. И как следствие не требуется производить трудоемких вычислений. В расчете работу с графиками осуществляет класс TGraph. Который содержит поле описывающее сам график: Массив точек графика ArrayOfPoints: TGraphPoints;
Работу с графиками осуществляет метод [1] класса который позволяет получить значение Oy по заданному значению Ox: function GetYbyX( const X: double;
out Y: double ): TGraphResults;
Так же класс содержит абстрактную функцию: constructor Create;
virtual;
abstract;
Данная функция реализуется в каждом наследнике класса TOVOSGraph и осуществляет инициализацию массива точек описывающих график ArrayOfPoints: TGraphPoints;
4.3. Таблицы В связи с тем, что при расчетах загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом и дорожных одежд нежесткого типа, приходится иметь дело с большим количеством таблиц, возникает необходимость создания класса для работы с таблицами. Такими классами является классы TTables в модуле расчета дорожных одежд нежесткого типа и TOVOSTables в модуле расчета загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом. Каждая таблица классов реализована в виде метода возвращающей значение по заданным параметрам. В качестве примера приведу некоторые из них Метод возвращает значение модуля упругости для слоев оснований по заданным параметрам имени слоя и влажности: function TableP25( Name: TRoadLayerNames;
W_Wm: double;
out E: double ): boolean;
Метод возвращает значения: угла внутреннего трения, статического угла внутреннего трения, и сцепления, по заданным параметрам: function TableP24( const Name: TLayerTypes;
W_Wm: double;
SumNp: double;
out Fi: double;
out Fist: double;
out FrictionAngle: double ): boolean;
Внутри класса, таблицы хранятся в виде массивов значений, к которым происходит обращение в нужный момент времени. Так же, там где это было необходимо, функции предусматривают возможность интерполяции.
4.4. Расчеты 4.4.1. Расчет загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом 4.4.1.1. Оценка уровня загрязнения почв автомобильным транспортом Данный вид расчета реализуется методом класса TOVOSCalculates: function GetLeadPollution( const Range: double;
out LeadPollution: double ): boolean;
Который принимает в качестве параметра расстояние от края проезжей части на котором необходимо произвести расчет загрязнения свинцом, и возвращает величину зарязнения в параметре LeadPollution типа double. В случае невозможности проведения расчета в следствии ошибочных исходных данных функция возвратит результат false, в случае успеха true. Исходные данные являются property полями класса TOVOSCalculates и заполняются из пользовательской формы модуля.
4.4.1.2. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автомобильного транспорта Данный вид расчета реализуется методом: function GetAirPollution( const Range: double;
out COAirPollution: double;
out CHAirPollution: double;
out NOAirPollution: double;
out LeadAirPollution: double ): boolean;
Который принимает в качестве параметра расстояние от края проезжей части на котором необходимо произвести расчет загрязнения свинцом, и возвращает величину зарязнения по каждому компоненту загрязнения в параметрах COAirPollution типа double, CHAirPollution типа double, NOAirPollution типа double, LeadAirPollution типа double. В случае невозможности проведения расчета в следствии ошибочных исходных данных функция возвратит результат false, в случае успеха true. Исходные данные являются property полями класса TOVOSCalculates и заполняются из пользовательской формы модуля.
4.4.1.3. Оценка уровня воздействия поверхностного стока с автомобильных дорог на водную среду Данный вид расчета реализуется методом: function GetWaterPollution( out OilWaterPollution: double;
out LeadWaterPollution: double;
out DashWaterPollution: double ): boolean;
который возвращает величину зарязнения по каждому компоненту загрязнения в параметрах OilWaterPollution типа double, LeadWaterPollution типа double, NOAirPollution типа double, DashWaterPollution типа double. В случае невозможности проведения расчета в следствии ошибочных исходных данных функция возвратит результат false, в случае успеха true. Исходные данные являются property полями класса TOVOSCalculates и заполняются из пользовательской формы модуля.
4.4.1.4. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и придорожных территорий пылью, продуктами загрязнения и износа покрытий Данный вид расчета реализуется методом: function GetDustPollution( const Range: double;
out DustPollution: double ): boolean;
который принимает в качестве параметра расстояние от края проезжей части на котором необходимо произвести расчет загрязнения свинцом, и возвращает величину загрязнения в параметре DustPollution типа double. В случае невозможности проведения расчета в следствии ошибочных исходных данных функция возвратит результат false, в случае успеха true. Исходные данные являются property полями класса TOVOSCalculates и заполняются из пользовательской формы модуля.
4.4.1.5. Оценка шумового воздействия транспорта Данный вид расчета реализуется методом: function GetNoisePollution( const Range: double;
out NoisePollution: double ): boolean;
который принимает в качестве параметра расстояние от края проезжей части на котором необходимо произвести расчет загрязнения свинцом, и возвращает величину загрязнения в параметре NoisePollution типа double. В случае невозможности проведения расчета в следствии ошибочных исходных данных функция возвратит результат false, в случае успеха true. Исходные данные являются property полями класса TOVOSCalculates и заполняются из пользовательской формы модуля.
4.4.2. Расчет дорожных одежд нежесткого типа 4.4.2.1. Расчет на упругий прогиб Данный вид расчета реализован следующим образом: сначала с помощью метода класса TPavementLayers который описывает работу со слоями: function GetElasticStrength:double;
По формулам, описанным в главе 2, рассчитывается общее напряжение изгиба, которое возникает в конструкции дорожной одежды, затем с помощью метода: function TestTotalElasticModulusDeflection( TotalElasticModulusDeflection:double ): Boolean;
проверяется допустимость полученного значения. В случае допустимого значения величины упругого прогиба функция возвращает true, иначе false.
4.4.2.2. Расчет на сдвигоустойчивость Данный вид расчета реализуется методом: function TestShearSrength:boolean;
Обычно дорожная одежда содержит несколько слоев, и в связи с тем, что одним из слоев может быть слой, содержащий несвязные основания, например пески, функция TestShearSrength отслеживает те слои дорожной одежды, в которых потенциально может наблюдаться напряжения сдвига, и рассчитывает каждый из них. Функция возвращает true, в случае если все подверженные напряжениям слои удовлетворяют условию устойчивости (2.2), и false, если хотя бы в одном из слоев обнаруживаются опасные значения напряжения сдвига.
4.4.2.3. Расчет на сопротивление асфальтобетонных слоев растяжению при изгибе Данный вид расчета реализуется методом: function TestStretchSrength: boolean;
Эта функция выделяет асфальтобетонные слои дорожной одежды и проверяет допустимость напряжения растяжения при изгибе. В случае допустимого значения величины растяжения при изгибе функция возвращает true, иначе false.
4.4.2.4. Проверка дорожной одежды на морозоустойчивость В связи с тем, что в зимний период времени наблюдается пучение грунта дорожной одежды вследствие расширения содержащейся в грунте влаги, возникла необходимость проверки - выдержит ли дорожная одежда подобную нагрузку или нет, данную проверку осуществляет функция: function TestFrostResistance: boolean;
В случае если возникающее напряжение при морозном пучении является допустимым, функция возвращает true, иначе false.
Заключение По результатам данной дипломной работы можно сделать следующие основные выводы: 1. В рамках данного проекта была произведена работа по проектированию модулей для расчета воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и расчета дорожных одежд нежесткого типа, отвечающего требованиям отраслевых дорожных норм и требованиям ГОСТов. 2. В процессе разработки удалось добиться повышенной точности расчетов в результате использования сплайнов для аппроксимации номограмм. 3. Разработан класс для работы с номограммами различных типов: номограмм, состоящих только из кривых, а так же номограмм, состоящих как из кривых, так и из прямых. 4. Произведена разработка классов, методы которых автоматизируют расчеты напряжений возникающих в дорожных одеждах нежесткого типа, и расчеты загрязнения окружающей среды по каждому типу вредного воздействия.
Список использованных источников 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Бобровский С. Delphi 5.0 - М.: Издательство Питер, 2001. - 634 с. Кетков А. Практика программирования: Visual Basic, C++ Builder, Delphi. - СПб.: Издательство Питер, 2002. - 452 с. Отраслевые дорожные нормы. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд MSDN Library January 2001. Petzold C. Programming Windows. - Microsoft Press, 1998. Richter J. Programming Applications for Microsoft Windows. 4th edition. - Microsoft Press, 1999. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. М.: 1995. - 124 с.
Приложение А. Руководство пользователя A.1. Модуль оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду Модуль реализован в виде формы, на закладках которой пользователь устанавливает параметры. На первой закладке, которая называется Оценка загрязнения почвы и воздуха показанной на рисунке 3, задаются основные те параметры, которые необходимы для расчета величины загрязнения почвы и воздуха, такие как: Средняя скорость движения транспорта, Плотность почвы и т.д. Пользователю стоит обратить внимание на то, что на вкладке 2 поля для ввода скорости, отдельно для расчета величины загрязнения воздуха и почвы. Это было сделано в связи с тем, что расчет накладывает свои ограничения для скоростей движения транспорта по каждому типу загрязнения.
Рис. 3. Первая вкладка проекта - Оценка загрязнения почвы и воздуха В расчете загрязнения почвы предусмотрена возможность расчета для дороги у которой имеется разделительная полоса. Указать наличие разделительной полосы, можно поставив флажок в поле Разделительная полоса, а результате этого будут активированы дополнительные поля. Так же на данной вкладке пользователь должен указать состав транспортного потока заполнив поля: Интенсивность авт./сут, Интенсивность авт./час, Тип топлива, Средний расход топлива для каждого типа транспортного средства. Пересчет величины загрязнения по каждому компоненту загрязнения ведется автоматически, при изменении любого поля. На второй вкладке проекта Оценка запыления воздуха, показанной на рисунке 4, задаются основные те параметры, которые необходимы для расчета величины запыления воздуха, такие как: Фактическая среднесуточная концентрация пыли, Расстояние от края проезжей части м.. Пользователю предлагается выбрать тип объекта запыления: населенный пункт или рабочая зона, величины допустимых концентрации пыли для каждой из этих зон сильно различаются. Затем пользователь должен выбрать тип покрытия, причем для населенного пункта тип покрытия не нормируется.
Рис. 4. Вторая вкладка проекта - Оценка запыления воздуха На третьей вкладке проекта Оценка воздействия на водную среду, показанной на рисунке 5, задаются основные те параметры, которые необходимы для расчета величины воздействия на водную среду, такие как: Категория дорожной одежды, Площадь водосбора и т.д. В данном виде расчета не предусматривается поле для ввода расстояния, в связи с тем что загрязненная примесями вода отводится непосредственно в водостоки.
Рис. 5. Третья вкладка проекта - Оценка воздействия на водную среду На четвертой вкладке проекта Оценка шумового воздействия, показанной на рисунке 4, задаются основные те параметры, которые необходимы для расчета шумового воздействия, такие как: Интенсивность движения авт./час, Число полос движения и т.д. Пользователь должен выбрать тип покрытия для дороги. Задание типа покрытия обусловлено тем, что величина шума при движении транспорта по асфальтобетонным покрытиям сильно отличается от величины шума при движении транспорта по щебеночным или гравийным покрытиям. Затем пользователь выбирает тип поверхности земли рядом с дорогой, т.к. различные типы покрытия могут либо усиливать либо наоборот уменьшать величину шума при движении транспорта.
Так же пользователь может выбрать мероприятие по борьбе с шумом, например посадку рядом с дорогой четырех рядов лиственных пород. Это приведет к снижению фактической величины шума на соответствующее число процентов. В данном случае на 10%.
Рис. 6. Четвертая вкладка проекта - Оценка шумового воздействия A.2. Модуль расчета дорожных одежд нежесткого типа Модуль реализован в виде формы, на закладках которой пользователь устанавливает параметры.
Имеет простой и интуитивно понятный интерфейс. На первой закладке, которая называется Исходные данные показанной на рисунке 7, задаются основные параметры проекта, такие как: тип дорожной одежды, количество расчетных дней в году и.т.д. В связи с тем, что данные значения влажности определятся либо экспериментально, либо берутся из соответствующих таблиц, предусмотрено задание влажности вручную. Для этого необходимо поставить флажок в пункте Задать влажность вручную, тем самым активируя поле ввода Значение влажности. В случае же снятия флажка с пункта Задать влажность вручную, влажность будет определена по существующим таблицам. выставляются данные нагрузок. При выборе в качестве группы расчетной нагрузки - Иная, активизируется поле Данные для иной группы расчетной нагрузки. В данном поле пользователь должен заполнить поля: Статическая нагрузка на ось, кН, Статическая нагрузка на поверхность от колеса расчетного автомобиля, кН, Давление в шине, МПа, данные параметры необходимы для дальнейших расчетов. Важным параметром расчета является учет давления на поверхность однобалонного или двухбалонного колеса, для установки данного параметра используется флажок Однобалонное колесо. В процессе расчета важнейшим параметром является Суммарное число приложений расчетной нагрузки, он может быть задан напрямую, установкой флага Задать суммарное число приложений расчетной нагрузки, может быть рассчитан через Приведенную интенсивность, для этого необходимо установить флаг Задать приведенную интенсивность Рис. 7. Первая вкладка проекта - Исходные данные На второй вкладке проекта Конструкция дорожной одежды, показанной на рисунке 7, происходит работа со слоями дорожной одежды. В правом окне проекта представлено дерево материалов. Выбрав материал двойным нажатием мыши, пользователь активизирует диалог добавления слоя. В данном диалоге пользователь указывает толщину и удельную стоимость выбранного материала, щелчок на кнопке добавить, добавляет выбранный слой в конструкцию дорожной одежды. Текущие расчеты выполняются автоматически и выводятся в поле - Текущие данные расчета.
Рис. 9. Вторая вкладка проекта - Конструкция дорожной одежды Так же предусмотрены дополнительные возможности предоставляющие пользователю более удобный инструмент по работе с конструкцией. Например пользователь может динамически изменить значение параметров выбранного слоя, для этого он должен поставить флажок в поле Задать значение модулей упругости см. рис. 10. Если же пользователь хочет что бы параметры слоя автоматически определялись исходя из исходных данных, то он должен снять этот флажок.
Рис. 10. Задание параметров слоя вручную Если же пользователь забыл вставить нужный слой, то он может сделать это в любое время. Причем слой будет вставлен в нужное место конструкции. Если же слой добавляется в низ конструкции, то толщина текущего основания будет изменена на ненулевую (при условии что она была нулевой) и пользователю будет выдано оповещение см. рис. 11.
Рис. 11. Автоматическая вставка слоя При проектировании пользователь может случайно добавить уже существующий в проекте слой, тогда программа обьеденит слои при этом пользователю будет выдано соответствующее сообщение см. рис. 12.
Рис. 12. Автоматическое объединение слоев Если же пользователь по ошибке добавляет в конструкцию слой который приведет к ошибке вычислений то программа не даст добавить такой слой и выдаст соответствующее предупреждение см. рис. 13.
Рис. 13. Предотвращение добавления слоя Так же при расчетах выдается дополнительная информация, по которой пользователь может судить о состоянии расчета. Например, на рис. 11, в окне Текущие данные расчета пользователю выдается информация о невозможности проведения расчета на растяжение при изгибе.
Приложение В. Руководство программиста B.1. Модуль оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду Модуль написан в среде Borland Delphi 7.0. В процессе разработки данного модуля были созданы 3 модуля включающих в себя классы для работы с проектом. Модуль OVOSCalculates.pas - содержит класс [1] осуществляющий вычисления величн загрязнения по каждому типу воздействия на окружающу среду. В класс TOVOSCalculates включены следующие функции: Оценка величины загрязнения земли свинцом в зависимости от расстояния: function GetLeadPollution( const Range: double;
out LeadPollution: double ): boolean;
Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автомобильного транспорта: function GetAirPollution( const Range: double;
out COAirPollution: double;
out CHAirPollution: double;
out NOAirPollution: double;
out LeadAirPollution: double ): boolean;
Оценка уровня воздействия поверхностного стока с автомобильных дорог на водную среду: function GetWaterPollution( out OilWaterPollution: double;
out LeadWaterPollution: double, out DashWaterPollution: double ): boolean;
Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и придорожных территорий пылью, продуктами загрязнения и износа покрытий: function GetDustPollution( const Range: double;
out DustPollution: double ): boolean;
Оценка шумового воздействия транспорта: function GetNoisePollution( const Range: double;
out NoisePollution: double ): boolean;
Модуль OVOSConst.pas - содержит класс осуществляющий работу с таблицами TOVOSTables, содержит класс осуществляющий работу с графиками TOVOSGraph, а так же все основные типы данных и константы проекта. Каждая функция класса TOVOSTables работает с таблицей которая указанна для нее в качестве имени, например функция Table421 работает с таблицей 4.2.1. Класс содержит следующие функции: function Table432( const GasType: TGasType;
out CoeffCO: double;
out CoeffCH: double;
out CoeffNO: double ): boolean;
function Table421( const Range: double;
out Coeff: double ): boolean;
function LeadInGas( const GasType: TGasType;
out LeadContent: double ): boolean;
function Table433( const SunRadiation: TSunRadiation;
const Range: double;
out GaussCoeff: double ): boolean;
function Table441( const WaterType: TWaterType;
const RoadCategory, DayIntensity: integer;
const Transition: boolean;
out Dredge: double;
out Lead:double;
out Oil: double ): boolean;
function Table442( const n: double;
const time: double;
const WatrArea: double;
out Coeff ): boolean;
function Table452( const DustObject: TDustObject;
const Pavement: TObjectAreaPavement;
out Coeff: double ): boolean;
function Table454( const DayAverageDustConcentration: double;
const Range: double;
out Coeff: double ): boolean;
Класс TOVOSGraph предназначен для работы с графиками класс содержит следующие поля: Массив точек графика ArrayOfPoints: TGraphPoints;
Работу с графиками осуществляет функция которая позволяет получить значение Oy по заданому значению Ox: function GetYbyX( const X: double;
out Y: double ): TGraphResults;
Так же класс содержит абстрактную функцию: constructor Create;
virtual;
abstract;
Данная функция реализуется в каждом наследнике класса TOVOSGraph и осуществляет инициализацию массива точек описывающих график ArrayOfPoints: TGraphPoints;
Так же модуль OVOSConst.pas содержит следующие типы данных Структура описывает параметры автомобиля в расчетах: TAutomobile = record Тип топлива используемый данным автомобилем GasType: TGasType;
Расход топлива л./км GasConsumption: double;
Среднесуточная интенсивность движения авт./сут DayIntensity: integer;
Часовая интенсивность авт./час HourIntensity: integer;
% содержания данного типа автомобиля в общем потоке автомобилей AutoPercent: double;
end;
Модуль OVOSUserForm.pas содержит главную пользовательскую форму на которой расположены поля задания исходных данных.
B.2. Модуль расчета дорожных одежд нежесткого типа Приложение написано в среде Borland Delphi 7.0. В процессе разработки данной программы были созданы 3 модуля включчающих в себя классы для работы с проектом. Модуль PavementModule.pas - содержит классы, осуществляющие работу со слоями, стандартные начальные значения слоев, типы данных. В модуле PavementModule.pas содержится: Класс главный проект PavementProject в него включены основные функции для работы с проектом. метод позволяющий просчитать приведенную нагрузку: function CalculateReductionIntensity: integer;
Процедура устанавливает флаг указывающий каким образом будут братся данные для вычисления суммарной нагрузки: function SetParamForOtherCalculateGroup( PavementLoadingFromBallon:double;
BalloonPressure:double );
метод позволяет сохранять текущие настройки, а также слои дорожной одежды в файл указанный передаваемым параметром: function SaveToFile(FileName:String):boolean;
метод устанавливающий параметры для расчетной группы: function SetCalculateGroup( const Value: TCalculateGroups ): boolean;
overload;
Если группа не является стандартной, то следует вызвать тот же метод с указанием дополнительных параметров: function SetCalculateGroup ( const Value: TCalculateGroups;
const PavementLoadingFromBallon:double;
const BalloonPressure:double ):boolean;
overload;
Класс TPavementLayers осуществляет работу с набором слоев дорожной одежды, рассмотрим основные функции. Задание начальных значений для стандартных слоев осуществляется функцией: function InitializeLayers:boolean;
Добавление слоя function Add( const PavementLayer:TPavementLayer;
position:integer ):boolean;
Удаление слоя function Delete(position:integer):boolean;
Получить значение изгиба function GetElasticStrength:double;
Проверить значение изгиба function TestTotalElasticModulusDeflection( const TotalElasticModulusDeflection:double ):boolean;
Проверить значение сдвига function TestShearSrength:boolean;
Проверить значение растяжения function TestStretchSrength:boolean;
Проверить значение морозоустойчивости: function TestFrostResistance:boolean;
Модуль RoadCloth.pas - содержит классы, осуществляющие математическую обработку данных, так же содержит таблицы, и основные типы. В процессе разработки удалось добиться повышенной точности расчетов в результате использования сплайнов для аппроксимации номограмм. Каждая номограмма описывается структурой: TNomogramma = record Массив координат точек сплайна, который описывает линии номограммы ArrayOfPoints: TModelPointDynArray;
Количество точек сплайна NumPoints: integer;
Количество линий сплайна NumLines: integer;
Массив коэффициентов для линий номограммы ArrayOfKoef: array of double;
end;
Класс TNomogramm содержит основные методы для работы с номограммами, такие как поиск пересечений, поиск кривой либо прямой по заданному параметру, рассмотрим основные из них. Получение y по заданному параметру и x для прямых линий: function GetXbyYLine(y: double;
param: double):double;
Получение x по заданному параметру и y для прямых линий: function GetYbyXLine(x: double;
param: double):double;
Получение y по заданному параметру и x для кривых: function GetXbyYCurve(y: double;
param: double):double;
Получение x по заданному параметру и y для кривых: function GetYbyXCurve(x: double;
param: double):double;
Получение y по заданному параметру и x: function GetXbyY( y: double;
parametre: double ): double;
virtual;
abstract;
Получение x по заданному параметру и y: function GetYbyX( x: double;
parametr: double ): double;
virtual;
abstract;
В связи с тем что некоторые линии номограмм имеют вид кривых, а некоторые прямые, целесообразно было создать классы наследники от TNomogramm которые реализуют свои наборы функций для работы с соответствующими типами линий.
Класс TNomogrammLine, является наследником TNomogramm и осуществляет работу с прямыми линиями, реализуя абстрактные методы базового класса. Функция возвращает координату x точки пересечения прямой заданной параллельно оси Оy и прямой заданной параметром. function GetXbyY(y: double;
parametr: double):double;
override;
Функция возвращает координату y точки пересечения прямой заданной параллельно оси Оx и прямой заданной параметром. function GetYbyX(x: double;
parametr: double):double;
override;
Класс TNomogrammCurve, является наследником Tnomogramm и осуществляет работу с кривыми линиями, реализуя абстрактные методы базового класса. метод возвращает координату Х точки пересечения прямой заданной параллельно оси ОУ и кривой заданной параметром: function GetXbyY(y: double;
parametr: double):double;
override;
метод возвращает координату у точки пересечения прямой заданной параллельно оси Оx и кривой заданной параметром: function GetYbyX(x: double;
parametr: double):double;
override;
Класс TTables предназначен для работы с таблицами проекта. Каждый метод класса работает с таблицей которая указанна для нее в качестве имени, например функция Table31 работает с таблицей 3.1. Класс содержит следующие функции: function TableP21( const Name: TRoadLayerNames;
const Zone: TZones;
const WettingScheme: integer;
out W: double ): boolean;
function TableP25( const Name: TRoadLayerNames;
const W_Wm: double;
out E: double ): boolean;
function TableP24( const Name: TLayerTypes;
const W_Wm: double;
const SumNp: double;
out Fi: double;
out Fist: double;
out FrictionAngle: double ): boolean;
function TableP26( const Name: TRoadLayerNames;
const PilevatCount: integer;
const SumNp: double;
out Fi: double;
out Fist: double;
out FrictionAngle: double ): boolean;
function Table31( const RoadType: TRoadTypes;
const RoadKategory: integer;
const DesiredReliability: double;
out RequiredShearStretchModulusKoef: double;
out RequiredElasticModulusKoef:double ): boolean;
function TableP31( const Name: TRoadLayerNames;
const Zone: Tzones;
out Alpha: double ): boolean;
function Table32( const CountTrafficLanes:integer;
const NumberTrafficLane:integer;
out Fpol:double ):boolean;
function Table33( const Rtype:TRoadTypes;
const RCategory:integer;
out Kn:double ):boolean;
function Table35( const Zone:TZones;
out Temperatura:integer ):boolean;
function TableP32( const Name: TRoadLayerNames;
const Temperature: integer;
out E: double ): boolean;
function TableP39( const Name: TRoadLayerNames;
out E: double ): boolean;
function Table41( const FrostHeaveGroup:integer;
out FrostHeave:double ):boolean;
Книги, научные публикации