2 Задание микропрофиля дорожной поверхности

Микропрофиль дороги описывается в виде функции высот неровностей от продольной и поперечной координат участка дороги. Высота неровности отсчитывается от средней линии микропрофиля [1], как это показано на рис. 5.

Рис. 5. Микропрофиль поверхности дороги в продольном сечении

Предусмотрены два варианта задания данной функции:

− прямое аналитическое или табличное задание;

− формирование реализации на основе статистических характеристик продольного сечения дороги.

Во втором варианте считается, что функция высот неровностей дороги является случайной стационарной эргодической с нормальным законом распределения. В качестве ее основной статистической характеристики используется спектральная плотность дисперсии высот неровностей.

Спектральная плотность дисперсии высот неровностей микропрофиля сечения дороги задается одним из двух способов:

− в виде аналитической функции путевой частоты;

− в виде табличной функции путевой частоты.

При первом способе используется аппроксимирующая зависимость, предлагаемая стандартом ИСО 8608 [2]:

где

– соответственно путевая и базовая путевая частоты, являющиеся величинами обратными длинам

неровностей;

– спектральная плотность дисперсии высот микропрофиля при базовой путевой частоте;

– показатель степени аппроксимирующей зависимости.

В таблицах 1-3 приведены параметры аппроксимирующей зависимости спектральной плотности для границ классов дорог по стандарту ИСО 8608 и для ряда конкретных дорог полигонов 21 НИИИ и НИЦИАМТ.

Таблица 1. Параметры аппроксимирующей зависимости спектральной плотности микропрофиля для различных классов дорог по ИСО 8608

Класс дороги	Значения спектральной плотности микропрофиля ¹⁾ и СКЗ неровностей в диапазоне частот () для границ классов дорог
	нижняя граница		среднегеометрическое значение ,	верхняя граница
	,	,	среднегеометрическое значение ,	,	,
A	-		16	32	0.5
B	32	0.5	64	128	1.1
C	128	1.1	256	512	2.2
D	512	2.2	1024	2048	4.3
E	2048	4.3	4096	8192	8.6
F	8192	8.6	16384	32768	17.2
G	32768	17.2	65536	131072	34.5
H	131072	34.5	262144	-
Примечание: ¹⁾ базовая путевая частота = 0.1 , показатель степени аппроксимирующей кривой = 2.

Таблица 2. Параметры аппроксимирующей зависимости спектральной плотности микропрофиля и характеристики различных дорог испытательного полигона 21 НИИИ МО РФ

Типы дорожных поверхностей	Значения параметров		Характеристики дороги
Типы дорожных поверхностей	,		Диапазон длин волн,	СКЗ неровностей ,
Цементобетонное шоссе: - удовлетворительное состояние - изношенное состояние	32 65	2 2	0.1 – 100 0.1 – 100	0.6 0.8
Булыжное шоссе: - удовлетворительное состояние - изношенное состояние	350 2200	1.07 1.07	0.1 – 100 0.1 – 100	1.5 3.8
Гравийно-щебеночное шоссе: - удовлетворительное состояние - изношенное состояние	250 500	2 2	0.1 – 100 0.1 – 100	1.6 2.2
Грунтовая дорога: - удовлетворительное состояние - изношенное состояние	2000 8000	3.60 2.12	0.1 – 100 0.1 – 100	17.5 9.7
Бездорожье (местность)	10000	2	0.1 – 100	10

Таблица 3. Параметры аппроксимирующей зависимости спектральной плотности

микропрофиля и характеристики дорог, соответствующих дорогам испытательного

полигона НИЦИАМТ

Вид дороги	Значения параметров		Характеристики дороги
Вид дороги	,		Диапазон длин волн,	СКЗ неровностей ,
Цементобетонная динамометрическая дорога	91	2	0.4 – 40	0.6
Булыжная мощеная дорога без выбоин	300	1.07	0.25 – 25	1.1
Булыжник с выбоинами	2100	1.07	0.12 – 12	2.9

При описании поверхности дороги с использованием статистических характеристик формируются реализации случайных функций высот неровностей микропрофиля левой и правой колеи.

Поскольку спектральные плотности, определенные по отдельным колеям, практически совпадают, в качестве исходных данных для формирования функций высот неровностей правой

и левой

колеи используются спектральные плотности полусуммы и полуразности высот неровностей правой и левой колеи. Спектральная плотность полусуммы высот неровностей характеризует случайную функцию средней высоты по колеям, а спектральная плотность полуразности – случайную функцию отклонения высот неровностей правой и левой колеи от среднего значения. Формирование микропрофиля дорожной поверхности в поперечном сечении дороги приведено на рис. 6.

Рис. 6. Формирование микропрофиля дорожной поверхности

в поперечном сечении дороги

В случае отсутствия данных по спектральным плотностям полусуммы и полуразности высот неровностей правой и левой колеи они вычисляются на основе спектральной плотности дисперсии высот неровностей микропрофиля одного сечения дороги и коэффициента корреляции между колеями.

Спектральные плотности полусуммы и полуразности высот неровностей определяются по следующим зависимостям:

где

– спектральная плотность полусуммы высот неровностей правой и левой колеи;

– спектральная плотность полуразности высот неровностей правой и левой колеи;

– коэффициент корреляции высот параллельных сечений микропрофиля, для которого верна следующая аппроксимирующая зависимость [3]:

где

– колея автомобиля;

– коэффициент дороги, принимаемый по таблице 4.

Таблица 4. Значение коэффициента дороги

Тип поверхности участка	для состояний микропрофиля
Тип поверхности участка	удовлетворительное	изношенное, разбитое
Асфальтированное покрытие	5.4	4
Цементобетонное покрытие	23	5
Гравийно-щебеночное покрытие	5	4
Булыжное покрытие	4.5	4
Грунтовая поверхность	5	4

Коэффициент корреляции спектральных плотностей высот параллельных сечений микропрофиля может также задаваться в виде табличной функции путевой частоты.

Реализации случайных функций полусуммы и полуразности высот неровностей правой и левой колеи формируются в виде ряда Фурье, коэффициенты которого определяются с использованием спектральных плотностей этих функций.

После этого определяются реализации случайных функций высот неровностей микропрофиля левой и правой колеи:

где

– реализации случайных функций высот неровностей микропрофиля полусуммы и полуразности колеи соответственно.