РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
РАСПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЛЕСНЫХ МАССИВАХ
Насковец М.Т., Севрук С.А., Протас П.А. (УО «БГТУ», г. Минск, Беларусь)
In the given theses of the report results of laboratory researches of allocating ability of road construction are reflected.
Оценка степени воздействия лесовозных автопоездов на лесные почвы в процессе вывозки заготовленной древесины по подъездным путям с территории лесосек путем экспериментального определения величин вертикальных напряжений, в отличие от испытаний в натурных условиях, позволяет учесть влияние множества различных факторов, так как наблюдается значительное их изменение во времени.
Исследования по изучению распределяющей способности дорожных конструкций при воздействии на них подвижной нагрузки заключаются в определении величины вертикальных напряжений, которые возникают по ее глубине.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры транспорта леса УО «БГТУ». Экспериментальная установка (рис. 1) включает определенной формы ограниченное пространство для формирования исследуемой конструкции (грунтовый канал), автоматизированную самоходную тележку для имитирования движения спаренного колеса лесовозного автопоезда, аппаратуру для измерений и регистрации напряжений, а также набор контрольно-измерительных приборов.
Рисунок 1- Экспериментальный линейный стенд
Грунтовый канал представляет собой железобетонную конструкцию с размерами 20×2,8×1,5 м. Самоходная тележка может работать в трех режимах движения – автоматическом, полуавтоматическом и наладочном; движение тележки реверсивное. Бесступенчатое регулирование скорости может осуществляться в пределах 0,2–5 м/сек. Нагрузка, передаваемая посредством колесной пары на покрытие исследуемой дорожной конструкции, может принимать следующие значения – 2,0; 2,5 и 3,2 т. Ее изменение осуществляется с помощью гидравлической системы.
В качестве датчиков вертикальных напряжений при проведении лабораторных исследований применялись тензорезисторные преобразователи давления (мессдозы конструкции Баранова) с пределом измеряемого давления 0,45 МПа. Для регистрирования и записи показаний датчиков использовалась измерительная аппаратура в составе мобильного измерительного усилителя Spider-8 и персонального компьютера с установленным пакетом программного обеспечения catman express 3.12.
Перед закладкой датчиков давления в опытную дорожную конструкцию предварительно была проведена их тарировка гидростатическим способом. Для этого мессдозы поочередно помещались в специальный кондуктор, в котором обеспечивается передача контролируемого точным манометром давления жидкости (масла) на рабочую поверхность датчика давления через эластичную мембрану.
Испытания проводились на экспериментальном участке длиной 5,2 м, шириной 1,2 м и глубиной 0,5 м, почвогрунт – суглинок. Участок выкладывался послойно, каждому слою придавались определенные плотность и влажность, наиболее приближенные к естественным условиям:
основание – песчаное (плотность 1,70 – 1,80 г/см3, влажность 10 – 15%);
1-й слой (10 см, плотность 1,50 – 1,60 г/см3, влажность 15%);
2-й слой (7,5 см, плотность 1,45 г/см3, влажность 15%);
3-й слой (7,5 см, плотность 1,35 – 1,40 г/см3, влажность 15%);
4-й слой (12,5 см, плотность 1,30 г/см3, влажность 15 – 20%);
5-й слой (12,5 см, плотность 1,25 г/см3, влажность 20 – 25%);
Для определения вертикальных напряжений, возникающих по глубине дорожной конструкции, было заложено пять тензорезисторных преобразователей давления. Глубина их заложения от поверхности грунта составляла соответственно 25, 40 и 50 см (рис. 2). При этом на глубине 25 см от поверхности грунта располагаются три датчика, а на глубине 40 и 50 см – по одному датчику. Преобразователи давления располагаются в вертикальной плоскости, проходящей непосредственно по центру спаренных колес, по центру одного из колес, а также по краю данного колеса, что позволяет в процессе проведения исследований зафиксировать распределение вертикальных напряжений в поперечной плоскости заложения датчиков.
Рисунок 2- Схема расположения мессдоз в грунтовом массиве
Показания датчиков регистрировались с частотой 5 изм/сек и после каждого прохода тележки записывались в базу данных компьютера для дальнейшей обработки.
При проведении испытаний нагрузка составляла 3,2 т (максимально возможная величина), давление воздуха в шинах – 0,3 МПа, число проходов по одному следу – 50.
Как показывают результаты эксперимента, максимальные значения напряжений регистрировала мессдоза №2883, заложенная на глубине 0,25 м непосредственно под колесом. Наименьшие значения напряжений в грунте зарегистрированы у края колеса, на основании чего можно заключить, что возникающие напряжения в сторону от продольной оси движения машины передаются незначительно. С увеличением толщины слоя грунта напряжения снижаются, однако даже на глубине 0,4 м они составляют более 0,2 МПа. Учитывая, что на этой глубине находится основная масса корней деревьев, есть основание заключить, что такие напряжения оказывают значительное отрицательное воздействие на продуктивность и рост оставляемых на доращивание деревьев при проведении несплошных рубок леса. С увеличением числа проходов колеса по одному следу, напряжения возрастают, причем этот рост более интенсивен при первых десяти проходах. Дальнейшее увеличение числа проходов вызывает лишь незначительное повышение напряжения.
График, отражающий изменение величин вертикальных напряжений, возникающих в слоях опытной дорожной конструкции, представлен на рис. 3.
Рисунок 3- Динамика изменения максимальных вертикальных напряжений,
регистрируемых мессдозами в слоях опытной дорожной конструкции:
1 – мессдоза №2883; 2 – мессдоза №3261; 3 – мессдоза №2885;
4 – мессдоза №3662; 5 – мессдоза №2862