Обоснование очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Обоснование очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования"

РГВ од

Напра?ах|Н1пй1Ш

Гуряева Ирина Михайловна

Обоснование очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего

пользования

08.00.28 Организация производства (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2000

Работа выполнена в Ивановской государственной архитектурно-строительной академии (ИГАСА).

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

А. Д. Гриценко

Официальные оппоненты: - доктор экономических наук, профессор

Э.В. Дингес - кандидат технических наук, доцент Н.В. Заянчуковская

Ведущее предприятие - Костромское областное государственное

управление автодорог общего пользования «КОСТРОМААВТОДОР»

Защита диссертации состоится 22 июня 2000 г. в 1522 часов на заседании диссертационного совета К 064.76.01 ВАК РФ при Ивановской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 153000, Иваново, ул. 8-го Марта, 20, ауд. 204.

Просьба высылать отзывы на диссертационную работу в количестве двух экземпляров, заверенные печатью, по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГ АСА.

Автореферат разослан 19 мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Беляева Ж.В.

Ом. ам-оа-йда. о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение потребительских качеств существующей дорожной сети приводит к необходимости решения ряда организационных задач, связанных с распределением инвестиций во времени и по реконструируемым объектам.

Важная роль состояния мостов в организации движения по сети автомобильных дорог определяет повышенное внимание дорожно-мостовых организаций к технико-эксплуатационным показателям сооружений. Ситуация, сложившаяся в данный момент с эксплуатируемыми мостами, говорит о том, что условия движения на значительной их части не соответствуют потребительским свойствам автомобильных дорог, на которых они находятся. Условия движения по автомобильным дорогам, а следовательно, и мостам постоянно изменяются в связи с улучшением технических характеристик автомобилей, повышением их динамических качеств, увеличением габаритов и массы транспортных средств. Нормативные требования и рекомендации, основанные на экспериментальных данных, можно считать справедливыми лишь на некоторый ограниченный период. При изменившихся характеристиках транспортных потоков и дорожных условий требуется постоянный контроль за соответствием потребительских свойств мостовых сооружений условиям движения по ним.

Пропускная способность автомобильных дорог зависит от пропускной способности расположенных на них мостов. Поэтому ликвидация диспропорций между габаритами мостов и шириной проезжей части дорог имеет большое значение для повышения эффективности работы автомобильного транспорта. Габарит моста должен не только удовлетворять главному требованию - обеспечению безопасности движения, но и должен создавать запас безопасности для снятия напряженного психоэмоционального состояния водителей при проезде по мосту. Такие напряженные моменты могут создаваться как при встрече на мосту автопоездов, так к при встрече высокоскоростных автомобилей, число которых в стране растет.

Повышение интенсивности движения и скоростей транспортных потоков приводит к необходимости проведения реконструкции мостовых сооружений наиболее эффективным образом: чтобы после уширения потребительские свойства моста максимально обеспечивали безопасность и комфортность движения и, в то же время, инвестиции на проведение реконструктивных работ были минимальны.

Рациональный вариант проектного решения может быть определен по показателям эффективности инвестиционных проектов с учетом специфики работы мосторемонтных организаций и эффектов в нетранспортных отраслях народного хозяйства от проведения реконструктивных работ на мостах.

Цель исследования. Целью работы является разработка на базе данных о технико-эксплуатационном состоянии мостов и режимах движения транс-

портных потоков по мостам научно-обоснованных рекомендаций по очередности их уширения.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- установлении в результате экспериментальных исследований зависимостей средней скорости движения транспортного потока от габарита моста и характера распределения транспортных средств по ширине ездового полотна;

- разработанной математической модели, связывающей среднюю скорость транспортного потока, интенсивность движения и состав транспортного потока с габаритом моста;

- предложенном методическом подходе к рассмотрению стадийного уширения моста в зависимости от изменений средней скорости транспортного потока и часовой интенсивности движения в условиях ограниченных ресурсов.

Практическая ценность работы состоит в возможности использования в условиях недостаточного финансирования дорожного хозяйства и накопления сверхнормативного износа мостов России методики выбора очередности проведения работ по реконструкции в виде уширения мостовых сооружений, обеспечивающей повышение эффективности их службы. Рассматриваемая методика позволяет определять скорость транспортного потока на мостах при изменениях интенсивности движения, состава транспортного потока и габарита моста, что повышает эффективность принимаемых решений по уширению мостов. Можно также отметить, что основными исходными параметрами при назначении очередности работ по уширению мостов является интенсивность движения и состав транспортного потока, измерение которых для организаций-владельцев мостов в настоящее время не вызывает затруднений.

Реализация работы. Предложенная в диссертационной работе методика определения очередности уширения мостов использована при разработке технико-экономических обоснований реконструкции мостовых переходов в государственных предприятиях проектирования автодорог и сооружений на них управлений «Ивавтодор» и «Костромаавтодор».

Апробация: основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-й и 2-й конференциях аспирантов ИГАСА (г.Иваново, 1997, 2000 тт.) и на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы дорожного строительства Сезеро-Западного региона России» (г.Вологда, 1999 г.).

Публикации: по результатам исследований опубликовано 8 печатных работ.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований скоростей движения транспортных средств на мостах в зависимости от их габаритов, интенсивности движения и состава транспортного потока.

2. Результаты экспериментальных исследований характера распределения транспортных средств по ширине ездового полотна моста в зависимости от скорости и интенсивности транспортного потока.

3. Математическая модель движения транспортных потоков на малых и средних мостах с учетом влияния их габаритов, интенсивности движения и состава транспортного потока.

4. Рекомендации по назначению рациональных габаритов мостов на сети двухполосных автомобильных дорог с учетом обеспечения потребительских свойств мостовых сооружений.

5. Методика обоснования очередности выполнения реконструктивных работ в виде уширения на мостах в условиях ограниченного финансирования.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 116 наименований и содержит 176 страниц, включая 22 таблицы, 34 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проанализировано современное состояние вопроса, сформулированы задачи исследования.

Вопросами определения последовательности мероприятий, направленных на улучшение транспортно-эксплуатационных качеств дорог и мостов, занимался ряд российских ученых, таких как Гарманов Е. Н., Глинка H.H., Дивочкин O.A., Дингес Э.В., Леонов В.П., Лившиц В.Н., Петров Ю.Н., Пет-рухин А.Б., Ситников Ю.М., В.И.Шестериков и др. Основные разработки по технико-экономическому обоснованию реконструкции мостов на автомобильных дорогах, начиная с 1969 года, принадлежат д-ру экон. наук, профессору Э.В.Дингесу.

Теоретической основой для проведения исследований транспортных потоков на мостах и по определению рациональных габаритов мостов являются труды О.В.Андреевз, В.Ф.Бабкова, Г.Д.Дубелира, М.С.Замахаева, В.КИванова, Е.М.Лобанова, В.И.Пуркина, В.В.Сильянова, Я.В.Хомяка, Н.Ф.Хорошилова и других ученых.

Состав транспортного потока и технические характеристики автомобилей за последние десятилетия значительно изменились, что говорит о необходимости нового этапа исследований в области повышения транспортно-эксплуатационных качеств автодорожных мостов.

В работе дан анализ современного состояния мостов средней части России по уровню его морального износа. Выяснено, что 39 % железобетонных мостов, представляющих в целом по стране большую долю мостовых сооружений, требуют конкретных мероприятий по устранению физического и морального износа, остальная часть, исходя из фактического срока службы современных железобетонных мостов, потребует их проведения в ближайшем будущем. Только 16 % сооружений рассчитаны на современную рас-

четную нагрузку А-11, которая достаточно полно представляет современный транспортный поток. На 28 % мостах, имеющих недостаточную грузоподъемность, принимаются меры по снижению нагрузки на мосты, что, в свою очередь, ведет к ухудшению транспортно-эксплуатационных качеств дорог, на которых они расположены.

Мосты с точки зрения безопасности движения требуют особого внимания. Одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на безопасность движения на мостовом сооружении, является его габарит. При наличии недостаточной пропускной способности на мостах количество и тяжесть дорожно-транспортных происшествий существенно возрастает. 46 % мостов имеют габариты, не соответствующие размерам проезжей части автомобильных дорог, на которых они функционируют, по требованиям СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».

Анализ данных о современном состоянии мостов по уровню морального износа подтверждает актуальность рассматриваемой темы, дает возможность судить о масштабах накопленного износа сооружений и прогнозируемых объемах реконструктивных работ, а также наметить пути повышения их эксплуатационной надежности.

Моральный износ моста связан с потерями на транспорте и в других отраслях народного хозяйства, при определении которых существенное влияние имеет регистрация таких показателей транспортного потока, как интенсивность движения и его состав. Исходя из принципов определения расчетной интенсивности движения, используемых в развитых странах и на основании предложений ученых нашей страны, для более объективной оценки режимов движения транспортных потоков в расчетах необходимо использовать показатель «интенсивность движения расчетного часа». Программа прогнозирования интенсивности движения и состава транспортного потока должна включать информацию об их изменениях в течение суток, недели, месяца и в разные сезоны года.

При определении показателей эффективности капитальных вложений в реконструкцию мостов существенную роль играет прогнозирование средней скорости транспортного потока при разных дорожных условиях.

В современных условиях, с целью повышения уровня безопасности и комфортности движения, рядом исследователей предлагается устанавливать техническую категорию автомобильных дорог в зависимости от функционального назначения и заданного уровня потребительских свойств дороги, главные из которых - расчетный уровень загрузки движением и скорость движения транспортного потока. Необходимо обозначение такого дифференцирования по скоростям потока, которое обеспечивало бы требуемый уровень потребительских свойств мостов, функционирующих на сети автомобильных дорог. Автором предлагается назначать сроки перехода от существующего габарита моста к большему его значению, учитывая не только изменения интенсивности движения, но и скорость транспортного потока

для проектных дорожных и мостовых условий.

Достижению результатов исследования будет способствовать выбор эффективного подхода к планированию очередности проведения реконструктивных работ на мостовой сети, обеспечивающего рациональное распределение финансовых средств налогоплательщиков и инвесторов. Международная интеграция и развитие рыночных отношений в стране требуют современного решения задач планирования и организации работ по воспроизводству транспортных сооружений.

Для осуществлен™ поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Исследование зависимости средней скорости движения транспортных средств на мосту от его габарита, интенсивности движения и состава транспортного потока.

2. Исследование характера распределения транспортных средств по ширине ездового полотна в зависимости от скорости, интенсивности и состава транспортного потока.

3. Разработка математической модели движения транспортных потоков на малых и средних мостах с учетом влияния их габаритов, интенсивности движения и состава транспортного потока.

4. Разработка методики очередности выполнения реконструктивных работ по уширению малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию транс-портно-эксплуатационных характеристик транспортного потока, движущегося по .мостам с разными габаритами.

Для решения задач, поставленных в работе, необходимо экспериментальным путем оценить, как при определенной интенсивности движения и составе транспортного потока на мостах с разными габаритами изменяется скорость транспортного потока.

В эксперименте использовался метод стационарных наблюдений, заключающийся в измерении мгновенных скоростей автомобилей. При экспериментальных работах велись видеосъемки транспортного потока при въезде на мост с одновременной работой радиолокационного прибора "Барьер", показывающего на специальном табло скорости проходящих транспортных средств.

Экспериментальные участки назначались путем предварительного анализа мостов с дальнейшим уточнением при непосредственном осмотре сооружения. Исследования проводились на 17 экспериментальных участках с различными габаритами мостов. Технико-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог на участках, где находятся экспериментальные мосты, соответствуют требованиям ГОСТ Р 50597-93.

Обработка результатов эксперимента производилась на персональном компьютере в операционной среде Windows 95 OSR2 с помощью следующего программного обеспечения: для вывода видеоизображения с видеомагни-

тофона на монитор и для его оцифровки использовалась программа VidCap; для выполнения необходимых замеров применялась программа Adobe Photoshop 5.0 из пакета программ Adobe; для обработки полученных результатов и получения отчетов в графическом и цифровом виде был использован редактор электронных таблиц Microsoft Excel. Персональный компьютер имел специальную плату ввода-вывода для возможности просматривать видеоматериал и в случае необходимости переводить его в цифровой вид. При обработке эксперимента использовалась плата ввода-вывода «miroVIDEO DS 20+».

Во время обработки результатов эксперимента получаем следующие характеристики режимов движения транспортного потока: марка автомобиля, мгновенная скорость движения (V, км/час), время проезда, расстояние от колеса автомобиля до ограждения ездового полотна (У, м), расстояние от кузова автомобиля до оси проезжей части (X, м). Для каждого экспериментального участка, используя приложение Microsoft Excel, были построены графики частот распределения скоростей движения транспортных средств V, величины X и У и определена средняя величина этих характеристик для всего транспортного потока. Математические зависимости были получены путем обработки результатов эксперимента с помощью программы Simple formula 1.5.

Средние величины V, У, X определены как для всего транспортного потока, так и для трех групп автомобилей: легковые автомобили, грузовые автомобили (легкие и средние) и тяжелые грузовые автомобили (тяжелые грузовые, автопоезда и автобусы).

Кроме этого, были получены зависимости скорости транспортного потока от интенсивности движения при разном составе. Для этого были произведены замеры скорости движения автомобилей с разной часовой интенсивностью движения при разных составах транспортного потока.

Зависимости скорости движения от интенсивности для всех автомобилей при разном составе транспортного потока:

V4Û =85,45 -0,09802 N; (1)

V6J= 89,555- 0,09458 N; (2)

V80= 95,547-0,08958 N, (3)

где V40 - скорость движения транспортного потока, км/час (индекс указывает процент легковых автомобилей в потоке);

N - интенсивность движения (в пределах - 800 авт/час > N > 100 авт/час).

Зависимость скорости движения от интенсивности для легковых автомобилей при разном составе транспортного потока:

V40 =89,99-0,102012 N; (4)

V65 = 99,98 -0,10287 N; (5)

Vso= 109,42-0,09857 N, (6)

Зависимость скорости движения от интенсивности для легких и средних грузовых автомобилей при разном составе транспортного потока:

V« = 76,123 - 0,08775 N; (7)

У65 = 78,41 - 0,08267 Ы; (8)

У80 = 80,87 - 0,079744 N. (9)

Зависимость скорости движения от интенсивности для тяжелых грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов при разном составе транспортного потока:

= 72,30 - 0,082872 N; (10)

У65 = 74,854-0,08037 Ы; (И)

У80= 76,54 -0,078116N. (12)

Зависимости скорости движения от габарита моста на двухполосных автомобильных дорогах, как для всего транспортного потока, так и для трех групп автомобилей (рис. 1):

V = ехр(4,2865 - (529,02/ ехр Г)); (13)

Ул= 78,64- 0,027388/ ехр Г; (14)

Уг = 1/(10,6665/ ехр Г + 0,015928), (15)

Ут = 55,747 - 0,019479/ехр Г, (16)

где Г - габарит моста, м.

для оошего транспортного потока .

лля легковых автомобилей

зля лггхих » средних грузовых

Х!я тяжелых |р;.зозых.агтогсоспоз и азтмусов

Г, ч

Рис. 1. Зависимость скорости движения от габарита моста для разных групп

автомобилей

По результатам эксперимента также получены зависимости расстояния от оси проезжей части до кузова автомобиля от габарита моста и расстояния от ограждения ездового полотна до колеса автомобиля от габарита моста, как для всего транспортного потока, так и для каждой из трех групп автомобилей.

В результате обработки данных наблюдений за этими величинами во время встречи в экспериментальном створе двух автомобилей получены следующие зависимости для всего транспортного потока:

X = 0,00728135 (V + VI) +■ 0,49558 ; (17)

У = 0,01772 1,18391, (18)

где V - скорость движения автомобиля, км/час;

V] - скорость движения встречного автомобиля, км/час.

Построенные по полученным зависимостям графики позволяют оценить характер изменения средней скорости транспортного потока при разных условиях движения и расположение автомобилей на ездовом полотне малых и средних мостов, эксплуатируемых на двухполосных автомобильных дорогах.

Третья глава диссертации посвящена математическому моделированию движения транспортных потоков на мостах. Исходными данными для моделирования являются: интенсивность движения, состав транспортного потока (предусматривающий наличие трех скоростных групп автомобилей), средняя скорость для общего транспортного потока и для трех групп автомобилей на мостах с разными габаритами.

В результате анализа зависимостей, полученных экспериментальным путем, и изучения исследований других авторов было принято решение обрабатывать экспериментальные материалы в следующем виде: V, = (ал - (вол + в1л рл) N + сл рл) (1 - Уехр(Г)) ] Уг = (аг~(аог + в1грл)Ы + сгрл)(1-£Уехр(Г)) к (19)

V, = (ат - (вот + в,т рл) N + ст р,) (1 - Сг/ехр(Г)) ] где Ул, V,, Ут - средняя скорость движения легковых; легких и средних грузовых автомобилей; тяжелых грузовых автомобилей, автопоездов, автобусов соответственно, км/час;

N - интенсивность движения, авт/час;

Рл. Рг, Рт - Доли легковых автомобилей; легких и средних грузовых автомобилей; тяжелых грузовых автомобилей, автопоездов, автобусов соответственно;

Г - габарит моста, м;

аг, Вол> вог, вот, в,.„ В|Г, в1г, 1г, ^ - неизвестные константы, подбо) которь!х должен обеспечить наилучшее приближение для экспериментам ных данных.

Для поиска констант использовались следующие целевые функции:

м

Ол = I рЛ5, Г,) - У^«, р.„, Г5))3

5=1 м

(2г = I р,. Г,) - р.„ Г,))2

Б»!

У. (20)

м

От = Е 0М1*й Рл1, Г5) - р;ц, П))2 Б«!

э ^ э

где V.-,, V,-, V,. - скорости, полученные в ходе проведения эксперимента д:

У

разных групп автомобилей, км/час;

8 = 1, 2, ..., М - номера контрольных экспериментов, на которых проверяется приближение.

Константы а.„ аг, ..., {т подбирались из условия минимальности СЬ, Г)г, 0Г. Для минимизации использовался метод градиента.

Согласно этому методу, поисковая точка перемещается следующим образом:

а^1 — ' ^

Вол - Вол - А

_ _ _ к Зг — от ~ К

Р^г Йог *

- X

а/*"1 = атк - Я

Вот ~ ВоТ " ^

= - к

д а.,

<ЗСЬ Звол

ао,

а и

>

дас ЗВог

дГг

дат

> 5<?т <

д(}т

г г.

\

(21)

У

где индекс к - номер положения поисковой точки в процессе минимизации; X - параметр, который подбирается в процессе вычислений. Поиск заканчивается, когда изменения всех искомых параметров на

(+1 Г1

очередном шаге становятся меньше допустимой погрешности. Данная ме дика отличается от стандартного метода наименьших квадратов тем, что шения относительно искомых параметров а„ £ являются нелинейны Блок-схема программы, при помощи которой производился расчет, прив< на на рис.2.

Рис. 2. Блок-схема определения параметров наилучшего приближ для экспериментальных данных

В результате математического моделирования получено: V, = [80,37 + 53,77 рл- (0,0917 + 0,025 р.,) N] (1 - 348,37/ехр(Г)); (22) Vr=87 + 15,32 рл-(0,1176-0,0245 рл) N / (1 +669,12/ехр(Г)); (23)

VT= [74,78 + 16,995 р., - (0,103 - 0,0198 рл) N] (1 - 349,3/ехр(Г)), (24) Пределы параметров: 800 авт/час > N > 100 авт/час;

0,50 > рл> 0,80; 7,0 м > Г > 12,0 м.

После проведения анализа скоростей транспортных потоков, получаемых в результате моделирования зависимостей для разных габаритов мостов, интенсивностей движения и составов транспортного потока, рассмотрена возможность прогнозирования габаритов мостовых сооружений (табл. 1).

Таблица 1

Рациональный габарит моста на двухполосных автомобильных дорогах

Интенсивность, авт/час Габарит моста, м

Количество легковых автомобилей в потоке, %

55 60 65 70 75 80

100 7.5 7,5 7.5 7.0 7.0 7.0

по 7.5 7.5 7,5 7,0 7.0 7,0

140 7.5 7,5 7.5 7,5 7.0 7.0

160 7.5 7,5 7,5 7,5 7,0 7,0

200 7.5 7,5 7.5 7,5 7,5 7,0

240 7.5 7,5 7,5 7,5 7.5 7,0

260 S.0 7.5 7.5 7,5 7,5 7,0

300 8.0 7,5 7.5 7,5 7.5 7,5

320 8,0 8,0 7.5 7.5 7,5 7.5

340 8,0 8.0 7.5 7.5 7,5 7.5

360 8.0 8.0 7.5 7.5 7.5 7.5

380 8,0 S.0 8.0 8,0 8,0 7.5

400 8.0 8,0 8.0 8,0 8,0 7.5

420 9.0 8.5 8.5 8,0 8,0 7.5

440 9.0 9,0 8.5 8,0 8,0 7.5

460 9.5 9.0 8,5 8,0 8,0 8.0

480 10.0 9,0 8.5 8,5 8,0 8.0

500 11.5 9.5 8.5 8.5 8,0 8.0

520 11.5 10.0 8.5 8.5 8.0 8.0

540 11.5 9.0 8.5 8.5 8.0

560 11.5 9.5 9,0 8,5 8.0

580 11.5 10.0 9.0 8.5 8.5

600 10.5 9.0 3,5 8.5

620 11.5 9,5 9.0 8.5

640 11.5 10.0 9.0 8.5

660 10.5 9.0 8.5

680 11.5 10.0 9.0

700 ! 11.5 10.0 9.0

720 ! I 11,0 9.0

740 | 1 11.5 9.5

760 1 11.5 10.0

780 1 10.5

800 i | 11.0

Габарит моста должен приниматься из условий обеспечения средней скорости транспортного потока и из условия безопасного разъезда двух встречных автомобилей не только при средней скорости транспортного потока, но и при встрече автомобилей, движущихся с расчетными скоростями для данной категории дороги. В работе рассматривается движение потока при уровне загрузки дороги < 0,5. Такое состояние потока типично для дорог средней части России.

Учитывая тот факт, что создание резервов пропускной способности малых и средних мостов приводит к увеличению строительных затрат и затрат на последующие их содержание и ремонт, предлагаются следующие показатели для назначения габарита мостов на двухполосных автомобильных дорогах (табл. 2).

Таблица 2

Основные транспортно-эксплуатационные показатели двухполосных

автомобильных дорог

Показатели Техническая категория

И III IV

Интенсивность движения расчетного часа, авт/ч >600 >400 >200

Средняя скорость транспортного потока, км/ч 75 75 70

Габарит моста, м 11,5 9,0 7,5

По сравнению с существующими нормативными требованиями к габаритам мостов, применение предлагаемых в таблице габаритов при реконструкции сооружений, расположенных на автомобильных дорогах III и IV технических категорий, даст существенную экономию ресурсов.

В четвертой главе представлен методический подход к обоснованию очередности уширения на мостах. Рассмотрен вопрос об оценке эффективности инвестиционных проектов в современных экономических условиях России, дан анализ методов расчета эффективности затрат в автотранспортные сооружения.

Методика обоснования очередности уширения малых и средних мостов представлена последовательным решением взаимосвязанных этапов.

1. Прогнозирование тг*анспоптно-экспл^ата1чюнкых свойств мостов и1 базе данных наблюдений за интенсивностью движения и составом транспортного потока на них в период сравнения (рис. 3).

2. Создание базы данных о сроках уширения, изменениях несущей способности и остаточных сроках службы каждого моста.

В нормативных документах на проектирование и эксплуатацию мостовых сооружений не регламентированы требования к прогнозированию остаточного ресурса мостовых конструкций, вследствие чего службы эксплуата-

ции мостов вынуждены определять сроки их замены, опираясь на свой опыт. Для повышения точности выводов при прогнозировании состояния мостов нужно использовать расчетные комплексы, позволяющие получать необходимые оценки напряженно-деформированного состояния и сроки службы конструкций. При принятии решения необходимо учитывать остаточные ресурсы сооружений.

Увеличение интенсивности и веса транспортной нагрузки на мост, пропуск сверхнормативных нагрузок и физический износ моста приводят со временем к снижению грузоподъемности сооружения. Прогнозирование несущей способности моста следует вести по существующим методикам, а сроки проведения уширения следует совмещать, при необходимости, с крупными ремонтными работами и с работами по усилению мостов.

3. Ранжирование мостов для каждого года планируемого периода по степени эффективности проведения на них уширения с помощью применяемого в мировой практике показателя экономической эффективности - индекса доходности, в порядке его убывания.

Целевая функция планирования очередности уширения мостов имеет

вид:

Тм N Тср tj Ts

I I 1[Х ДЭ(1+г)-1/1к(1+г)4] шах, (25)

1 п=1 1 t=TiM 1

где Д Э - эффекты на автомобильном транспорте и в нетранспортных отраслях от осуществленного j-ro уширения моста;

К - затраты, связанные с j-ой реконструкцией в виде уширения моста, здесь возможен учет потерь на транспорте и в нетранспортных сферах экономики от снижения скоростей транспортного потока во время производства реконструктивных работ;

(1+г)"' - дисконтирующий множитель;

N - число сооружений на мостовой сети, состояние которых в определенный момент времени требует производства уширения;

t - текущий год периода сравнения t = 0,1,2.. .Тср;

Т„л— период планирования реконструктивных работ на мостовой сети;

tpl...tp-- сроки службы моста между его реконструкциями;

Т,- период производства работ по j -му уширенню моста.

Дополнительные затраты на содержание моста вследствие его уширения не учитываются, так как они являются незначительными по сравнению с получаемым эффектом.

В общем виде, затраты, необходимые для осуществления уширения моста, включают: затраты на уширение сооружения и, как правило, на его усиление, стоимость ремонтных работ и при необходимости замены его изношенных элементов, затраты на проектно-изыскательские, специальные и непредвиденные работы.

Рис. 3. Блок-схема прогнозирования транспортно-эксплуатационных свойств моста на сети автомобильных дорог в расчетный период

Исходя из существующей практики прогнозирования интенсивности движения на транспортной сети, период сравнения вариантов уширения мостов на развитой дорожной сети следует принимать 20 лет. При прогнозировании изменения состояния мостов на территории со слаборазвитой сетью автомобильных дорог продолжительность периода сравнения - 30 лет.

4. Отбор мостов с наибольшими показателями эффективности в план в пределах финансирования работ по их уширению.

Мосты с износом, не вошедшие в план, рассматриваются как варианты на следующий планируемый год.

В работе рассмотрен пример обоснования очередности уширения для четырех мостов, имеющих моральный износ.

Настоящая методика предназначена для проектирования вновь строящихся и реконструкции существующих малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования и может быть использована:

1) при обосновании организации реконструктивных работ в виде уширения;

2) при определении рационального габарита моста при проектировании строительства и реконструкции;

3) при сравнении вариантов строительства и реконструкции моста;

4) при оценке экономически эффективной стадийности развития мостового сооружения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в соответствии с поставленными целью и задачами, можно сделать следующие выводы:

1. В результате проведения экспериментальных наблюдений за режимами движения на мостах, расположенных на двухполосных автомобильных дорогах, определены: закономерности изменения средней скорости транспортного потока в зависимости от габарита моста, интенсивности движения и состава транспортного потока; закономерности изменения зазоров безопасности от габарита моста при движении транспортного потока; зависимости зазоров безопасности от скорости движения автомобилей при их встрече.

2. На основе данных, полученных в результате наблюдений за характеристиками потока автомобилей на мостах, разработана математическая модель, связывающая скорость, интенсивность движения и состав транспортного потока, которая может быть использована при определении сроков проведения уширения моста и средних скоростей транспортного потока на уширенном и существующем мосту.

3. Разработаны рекомендации по определению рацион-ального габарита моста в любой момент его функционирования и транспортно-эксплуатационных показателей транспортного потока, движущегося по мосту, на основе обеспечения безопасных и комфортных условий движения.

4. Анализ современных показателей эффективности инвсстиционны) проектов и методов расчета эффективности затрат в автотранспортные сооружения показал, что при планировании очередности реконструктивны> работ в виде уширения на мостовой сети ранжирование вариантов по экономической эффективности следует вести с помощью индекса доходности.

5. Методика обоснования очередности уширения малых и средню мостов на сети автомобильных дорог основывается на предшествующее прогнозировании транспортно-эксплуатационных характеристик транспортных потоков, оценке режимов эксплуатации и сроков службы мостовых конструкций, ранжировании вариантов мостов по эффективности работ по их уширению и отборе сооружений с наибольшими показателями эффективности в пределах финансовых ресурсов, выделяемых на реконструктивные работы. В качестве критерия решения об уширении мостового сооружения рекомендуется использовать границы часовой интенсивности движения и среднюю скорость транспортного потока при уровне загрузки дороги движением < 0,5.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Гриценко А.Д., Гуряева И.И. О характерных дефектах автодорожных сборных железобетонных мостов // Изв. Иванов, отд. ПАНИ Иванов, инж.-строит. ин-та. - Иваново, 1995. - С. 171.

2. Гуряева И.М. Оценка состояния и методика ТЭО реконструкции автодорожных мостов //Первая науч. конф. аспирантов Иванов, архит.-строит. акад.: Сб. мат. конф. - Иваново, 1997. - С.51-52.

3. Гриценко А.Д., Гуряева И.М. Экспериментальное исследование скоростных режимов транспортных потоков на подходах к малым и средним мостам // Мат. Всерос. науч.-практ. конф. - Вологда, 1999. - С. 64 - 65.

4. Гуряева И.М. Некоторые проблемы оценки технического состояния железобетонных мостов // Уч. зап. ИСФ ИГ АСА. - Иваново, 1999. Вып. 9.-С. 98-100.

5. Гуряева И.М. Анализ влияния габаритов малых и средних мостов на режим движения транспортного потока // Научные школы и направления ИГ АСА: Мат. науч.-техн. конф. - Иваново, - 1999. - С. 72 - 75.

6. Гуряева И.М. Обработка экспериментальных данных по изучению режимов транспортного потока на средних и малых автодорожных мостах // Информационная среда вуза: Сб. ст. к конф. Иванов, гос. архкт.-строит. акад. - Иваново, 1999. Вып.5. - С. 187-190.

7. Гуряева И.М. Анализ мостового парка Ивановской области/Вторая науч. конф. аспирантов: Мат. конф. Иванов, архит.-строит. акад. -Иваново, 2000. - С. 67-69.

8. Гриценко А.Д., Гуряева И.М., Борцов A.M. Оценка уровня морального износа автодорожных мостов// Изв. Иванов, отд. ПАНИ Иванов, гос.архит.-строит.акад. - Иваново, 2000. Вып. 5. - С. 8-19.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата технических наук, Гуряева, Ирина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Обзор методов обоснования реконструктивных мероприятий на мостовых сооружениях

1.2. Анализ современного состояния мостового парка по уровню его морального износа

1.3. Закономерности изменения интенсивности и состава движения на автомобильных дорогах региона

1.4. Безопасность движения транспортного потока на мостах

1.5. Цель и задачи исследования

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ НА МАЛЫХ И СРЕДНИХ МОСТАХ

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований

2.2. Обработка экспериментальных данных

2.3. Закономерности изменения скорости транспортного потока на мосту в зависимости от его габарита

2.4. Закономерности изменения расстояний от колеса автомобиля до ограждения ездового полотна и от колеса автомобиля до оси проезжей части моста в зависимости от его габарита

Выводы по главе II

ГЛАВА III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ ПО МАЛЫМ И СРЕДНИМ МОСТАМ 3.1. Анализ математических моделей транспортного потока

3.2. Математическая модель движения транспортного потока на мостах с разными габаритами

3.3. Оценка возможностей математической модели движения транспортных потоков на мостах

Выводы по главе III

ГЛАВА IV. ОБОСНОВАНИЕ ОЧЕРЕДНОСТИ УШИ-РЕНИЯ МАЛЫХ И СРЕДНИХ МОСТОВ НА СЕТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

4.1. Оценка эффективности инвестиционных проектов в условиях перехода экономики России к рыночным отношениям

4.2. Анализ методов расчета эффективности затрат в автотранспортные сооружения

4.3. Инвестиции на выполнение реконструктивных работ в виде уширения

4.4. Расчет эффектов на автомобильном транспорте и в не транспортных сферах вследствие уширения моста

4.5. Обоснование периода сравнения при определении очередности уширения на мостовой сети

4.6. Методика обоснования очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования

4.7. Пример обоснования очередности уширения на мостовой сети 148 Выводы по главе IV

Диссертация: введение по экономике, на тему "Обоснование очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования"

Важная роль мостовых сооружений в организации движения по сети автомобильных дорог в нашей стране определяет повышенное внимание проектных, строительных и эксплуатационных организаций к технико-эксплуатационным показателям сооружений.

Для эффективной эксплуатации транспортных сооружений на дорогах требуется своевременное планирование всех работ по простому и расширенному их воспроизводству. Накопление сверхнормативного износа, например, в случае не осуществленного при необходимости уширения моста, приводит к существенному снижению его потребительских свойств:

- снижается пропускная способность моста;

- уменьшается скорость движения транспортного потока;

- растет продолжительность движения автомобилей, что ведет к потерям времени на транспорте;

- повышается загазованность воздуха и уровень шума из-за неравномерности движения транспортных средств;

- при значительных несоответствиях потребительских свойств дороги и моста возможно возникновение заторов перед въездом на мост;

- снижается безопасность движения транспортных средств.

Скорость транспортного потока, пропускная способность, грузоподъемность моста не всегда соответствуют дорожно-транспортным условиям, сложившимся в настоящее время на участке дороги, где функционирует сооружение. Известно, что скорость проезда транспортного потока по мосту складывается еще на подходах к нему. Мостовой переход рассматривается как узел транспортных потоков, изменение качественного и количественного уровня которых отражается на технико-эксплуатационных характеристиках моста, поэтому для экспериментальных исследований автором выбирались участки автомобильной дороги со сложившейся ситуацией.

Пропускная способность автомобильных дорог зависит от пропускной способности расположенных на них мостов. Поэтому ликвидация диспропорций между габаритами мостов и шириной проезжей части дорог имеет большое значение для повышения эффективности работы автомобильного транспорта.

Условия движения по автомобильным дорогам, а, следовательно, и мостам, находящимся на них, постоянно изменяется в связи с улучшением технических характеристик автомобилей, увеличением их динамических качеств, главным образом, легковых автомобилей, габаритов транспортных средств, в основном тяжелых автомобилей, и состава транспортного потока. Рекомендации, основанные на экспериментальных данных, можно считать справедливыми лишь на некотором отрезке времени, в течение которого пропускная способность стабильна. При изменившихся характеристиках транспортных потоков и дорожных условий требуется постоянный контроль за соответствием потребительских свойств мостовых сооружений условиям движения по ним. Габарит моста должен не только удовлетворять главному требованию: обеспечению безопасности движения, но и должен создавать запас безопасности для снятия напряженного психоэмоционального состояния водителей при проезде по мосту. Такие напряженные моменты могут создаваться как при встрече на мосту автопоездов, так и при встрече высокоскоростных автомобилей, число которых в стране растет, и будет расти в перспективе. Также и при движении одиночного автомобиля при благоприятных погодно-климатических условиях на чистом и ровном покрытии может развиться аварийная ситуация, когда водитель, развивая скорость, не сможет быстро ее сбросить перед въездом на «узкий» мост.

Ситуация, сложившаяся в данный момент с эксплуатируемыми мостами, говорит о том, что, условия движения на значительной их части не обеспечивают потребительских свойств автомобильных дорог, на которых они находятся. Увеличение интенсивности движения, скоростного режима транспортного потока требует реконструировать мостовые сооружения наиболее эффективным образом: чтобы после уширения потребительские свойства моста максимально обеспечили безопасность и комфортность для автомобилей и пешеходов и, в то же время, инвестиции на проведение работ были минимальны.

В настоящее время, когда наша страна переживает экономические трудности во многих сферах производства, и, по-видимому, такое положение в экономике продолжится еще значительное время, - особенную актуальность приобретает вопрос об экономической эффективности вкладываемых в строительство и эксплуатацию транспортных сооружений средств. Для дорожных и мостовых эксплуатирующих организаций важно решение вопроса об оптимизации очередности проведения работ по реконструкции мостового парка. Финансирование этих затрат осуществляется из территориального и федерального дорожных фондов, то есть фактически заказчиком. Такое положение, безусловно, дает определенные преимущества дорожно-мостовым организациям, но и накладывает обязательства на соответствующие региональные органы управления дорожным хозяйством, так как они сами планируют свой бюджет и отвечают за его выполнение перед государством и налогоплательщиками.

В условиях недостаточного финансирования из Федерального дорожного фонда и неполного сбора налоговых средств актуальными остаются проблемы: в каком порядке следует проводить работы по реконструкции мостов с моральным износом, если таких мостов уже в ведении дорожной или мостовой организации несколько, и планирование таких мероприятий на перспективный период.

При обосновании очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог общего пользования для сравнения различных вариантов используются методы проектного анализа.

Рациональный вариант проектного решения может быть определен по показателям эффективности инвестиционных проектов с учетом специфики работы мосторемонтных организаций и эффектов в нетранспортных отраслях народного хозяйства от проведения реконструктивных работ на мостах.

Обработка экспериментальных данных, исследование теоретических вопросов планирования осуществлялось с использованием системного анализа, математического моделирования и ПЭВМ.

Целью настоящего исследования является разработка на базе данных о технико-эксплуатационном состоянии мостового парка и режимах движения транспортных потоков по мостам научно-обоснованных рекомендаций по очередности их уширения. Это сократит потери времени на автомобильном транспорте и в нетранспортных сферах народного хозяйства и повысит уровень организации работ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- установлении в результате экспериментальных исследований зависимостей средней скорости движения транспортного потока от габарита моста и характера распределения транспортных средств по ширине ездового полотна;

- разработанной математической модели, связывающей среднюю скорость транспортного потока, интенсивность движения и состав транспортного потока с габаритом моста;

- предложенном методическом подходе к рассмотрению стадийного уширения моста в зависимости от изменений средней скорости транспортного потока и часовой интенсивности движения в условиях ограниченных ресурсов.

Практическая ценность работы состоит в возможности использования в условиях недостаточного финансирования дорожного и мостового хозяйств и накопления сверхнормативного износа мостового парка России методики выбора очередности проведения работ по реконструкции в виде уширения мостов, обеспечивающей повышение эффективности службы мостового парка. Рассматриваемая методика позволяет определять скорость транспортного потока на мостах при изменениях интенсивности движения, состава транспортного потока и габарита моста, что повышает эффективность принимаемых решений по уширению мостов. Можно также отметить, что основными исходными параметрами при назначении очередности работ по уширению мостов является интенсивность движения и состав транспортного потока, измерение которых для организаций-владельцев мостов в настоящее время не вызывает затруднений.

Предложенная в диссертационной работе методика определения очередности уширения мостов рекомендуется для внедрения в региональных органах управления дорожным и мостовым хозяйствами при разработке текущих и перспективных планов воспроизводства искусственных сооружений.

Публикации: по результатам исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 116 наименований и содержит 176 страниц, включая 22 таблицы, 34 рисунка.

Диссертация: заключение по теме "Организация производства", Гуряева, Ирина Михайловна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

На основании результатов, выполненных в соответствии с поставленными целью и задачами теоретических и экспериментальных исследований, могут быть сделаны следующие выводы:

1. В результате проведения экспериментальных наблюдений за режимами движения на мостах, расположенных на двухполосных автомобильных дорогах, определены: закономерности изменения средней скорости транспортного потока в зависимости от габарита моста, интенсивности движения и состава транспортного потока; закономерности изменения зазоров безопасности от габарита моста при движении транспортного потока; зависимости зазоров безопасности от скорости движения автомобилей при их встрече.

2. На основе данных, полученных в результате наблюдений за транс-портно-эксплуатационными показателями потока автомобилей на мостах, разработана математическая модель, связывающая скорость, интенсивность движения и состав транспортного потока, которая может быть использована при определении сроков проведения уширения моста и средних скоростей транспортного потока на уширенном и существующем мосту.

3. Разработаны рекомендации по определению рациональных габаритов моста в любой момент его функционирования и транспортно-эксплуатационных показателей транспортного потока, движущегося по мосту, на основе обеспечения безопасных и комфортных условий движения.

4. Анализ современных показателей эффективности инвестиционных проектов и методов расчета эффективности затрат в автотранспортные сооружения показал, что при планировании очередности работ реконструктивных работ в виде уширения на мостовой сети ранжирование вариантов по экономической эффективности следует вести с помощью индекса доходности.

5. Методика обоснования очередности уширения малых и средних мостов на сети автомобильных дорог основывается на предшествующем прогнозировании транспортно-эксплуатационных характеристик транспортных потоков, оценке режимов эксплуатации и сроков службы мостовых конструкций, ранжировании вариантов мостов по эффективности работ по их ушире-нию и отборе сооружений с наибольшими показателями эффективности в пределах финансовых ресурсов, выделяемых на реконструктивные работы.

В качестве критерия решения об уширении мостового сооружения рекомендуется использовать границы часовой интенсивности движения и среднюю скорость транспортного потока при уровне загрузки дороги движением <0,5.

Полученные зависимости и рекомендуемая методика не являются исчерпывающими. В дальнейших исследованиях необходимо рассмотрение следующих аспектов:

1. Исследовать динамику снижения скорости движения потока в зависимости от имеющихся диспропорций между габаритом моста и проезжей частью дороги.

2. Экспериментально исследовать зависимость скоростного режима транспортного потока от длины моста и, вследствие этого, с помощью математического моделирования ввести в полученные в данном исследовании зависимости (3.9, 3.10, 3.11) параметр «длина моста».

3. Обеспечить объединение в одну модель всех транспортно-эксплуатационных показателей потока автомобилей и показателей состояния мостового полотна сооружения, оказывающих влияние на скорость проезда транспортного средства по мосту.