چکیده
از آنجائیکه قوسهای افقی جزء مهمترین اجزای طرح هندسی راه‌ها می‌باشند و بطور گسترده در نقاط مختلف جاده‌های کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند و از طرفی در بسیاری از موارد، محل قرار گیری این قوس‌ها در تلاقی با محل قرارگیری شیبها و قوسهای قائم می‌باشد در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Truck SIM که امروزه یکی از کامل ترین و پرکاربرد ترین برنامه‌های شیبه‌سازی حرکات وسایل نقلیه سنگین می‌باشد، ابتدا به مدلسازی حرکت دو نوع متفاوت از انواع کامیون 1-کامیون جامدار 2- کامیون مفصل دار در طول حرکت بر روی قوس های افقی ساده و معکوس با شیب طولی صفردرصد ، و تعیین شتاب جانبی[1] این وسایل نقلیه می پردازیم.سپس مدلسازی را بر روی قوس های افقی یادشده که در ترکیب با شیبها و قوس های قائم قرار خواهند گرفت ادامه داده و دراین حالت نیزمقادیر شتاب جانبی را تعیین می کنیم.
در انتها ضمن مقایسه شتاب های جانبی بدست آمده در دو حالت قوس افقی بدون شیب و شیبدار و اصلاح روابط تعیین حداقل شعاع قوس افقی موجود در آیین نامه های رایج طرح هندسی راه ها ، مقادیر افزایش شعاع لازم در قوس های سه بعدی(قوس افقی در ترکیب با قوس قائم) را از طریق تحلیل نتایج خروجی در برنامه SPSS تعیین می نمائیم.
1-1- تعریف کلی مسأله
طراحی هندسی راه باتوجه به ایجاد هماهنگی میان اجزای آن کاری دشوار است؛ این اجزا شامل عناصری مانند سرعت طرح- عرض شانه- قوسهای افقی[2]– شیب‌های طولی – شیب‌های عرضی- عرض آزاد- عرض خط عبور- ابنیه فنی- قوسهای [3]– حداقل فاصله دید توقف- بر بلندی و ارتفاع آزاد می‌باشند، کلیه عوامل ذکر شده از نوع معیارهای اجباری در طراحی هندسی راه می‌باشند[1].
مهمترین هدف یک طرح هندسی دقیق، امنیت بالا و بی‌خطر بودن طرح با تکیه بر هماهنگی دقیق میان اجزای طرح می باشد؛
هزینه طرح نیز از نکات حائز اهمیت در طراحی هندسی می‌باشد. در کل برای رسیدن به یک طرح مطلوب و بهینه می‌بایست هماهنگی کامل میان میعارهای فنی – معیارهای اقتصادی و عوامل محیطی صورت پذیرد.
قوسهای افقی و قائم (پیچ‌ها و خم‌ها) دو جزء مهم طرح هندسی راه می‌باشند؛ قوس افقی نمایی از انحنای راه در امتداد پلان آن است در حالی‌که قوس قائم مقطع طولی از راه است و فرورفتگی و برآمدگی آن را در امتداد مسیر نشان می‌دهد؛ قوس افقی شامل مماس (خط مستقیم) و منحنی افقی غیرمستقیم است که دو خط مماس در طرفین را به تنهایی و یا با کمک منحنی‌های اتصال به هم متصل می‌کند؛
قوس قائم شامل خط مستقیم مماس (مسطح- سربالایی یا سر پائینی) و یک منحنی سهمی‌وار گنبدی یا کاسه‌ای است که خطوط مماس را به هم وصل می‌کند؛ از دیگر موارد اساسی تشکیل دهنده اجزای طرح هندسی راه، مقطع عرضی آن می‌باشد که مشخصات پهنا – شیب عرضی سواررو- شانه‌ها- کانال‌ها- میانه و پیاده‌رو را به وضوح مشخص می‌کند؛زمانی که وسیله نقلیه در امتداد قوس افقی حرکت می‌کند نیروی گریز از مرکز را به سمت خارج از مرکز قوس تجربه می‌کند که این نیرو به طور عکس با شعاع قوس متناسب است؛ نیروهای مقاوم در برابر نیروی گریز از مرکز، شامل اثر متقابل نیروی اصطکاک بین لاستیک ماشین و کف خیابان و وزن وسیلة نقلیه است که باعث پایداری وسیله نقلیه در طول مدت حرکت آن بر روی قوس افقی می‌شوند؛
اثر متقابل نیروی اصطکاک بین لاستیک ماشین و رو‌سازی جاده بستگی به فاکتورهائی از قبیل وضعیت سطح جاده- شرایط آب و هوایی- مشخصات لاستیک و دینامیک وسیله نقلیه دارد؛
قسمتی از مولفه، وزن خودرو که به طور موازی با سطح جاده عمل می‌کند، بستگی به میزان شیب عرضی جاده(دِوِر) دارد.
1-2- نیاز به مطالعه در مورد مسأله
در حال حاضر از مدلی به نام(PM) Point mass برای طراحی شعاع حداقل قوسهای افقی در آئین‌نامه‌های طراحی هندسی از جمله AASHTO استفاده میشود؛ در این مدل جرم وسیله نقلیه را نزدیک به جرم یک نقطه در نظر گرفته و بدون توجه به نحوة توزیع نیروی اصطکاک بین چرخ‌های داخلی و بیرونی و دیگر مشخصات وسیلة نقلیه طرح، نیروهای وارده بر جرم نقطه‌ای را محاسبه و براساس آن حداقل شعاع لازم برای پایداری جرم در طول حرکت روی قوس افقی را بدست می‌آورند؛ این روش شاید به صورت کلی جوابگوی نیازهای طراحی می‌باشد، اما از لحاظ علمی و باتوجه به مشخصات ویژه وسایل نقلیه و تفاوت‌های زیاد بین خودروها، مناسب نمی‌باشد. بین کامیونها و خودروهای سواری از نظر سایز، اندازه لاستیک و مشخصات لاستیک تفاوت‌های آشکاری وجود دارد؛
اگرچه اصطکاک در هر چهار چرخ اتومبیل تقریباً برابر است، اما در کامیون اصطکاک چرخها به طور گسترده‌ای تغیر می‌کند؛ از طرفی یک وسیله نقلیه سنگین مثل کامیون جهت حرکت روی جاده به 10% اصطکاک بیشتر نسبت به ماشین‌های سواری نیازمند است؛
از معایب مدل PM این است که آستانه غلطیدن وسایل نقلیه را مشخص نمی‌کند؛ آستانه غلطیدن در خودروهای سواری نسبتاً بالاست و این خودروها قبل از غلطیدن بر روی جاده می‌لغزند(سر می‌خورند)؛ اما غلطیدن در کامیونها مسأله بسیار مهمی است، زیرا این‌گونه خودروها باتوجه به وضعیت و مشخصات بدنه و بار، مرکز جرم بالاتری نسبت به خودروهای سواری دارند؛
مطالعات نشان داده آستانه غلطیدن در کامیونها تقریباً حدود g3/0 می‌باشد[48] . یعنی اگر کامیونی یک قوس افقی با شعاع 39 متر را طی می‌کند که در آن سرعت طرح می‌باشد، شتاب جانبی وارده به وسیلة نقلیه در حدود g17/0است و این خودرو می‌تواند تا حد g13/0 شتاب جانبی اضافی را تحمل کند بدون اینکه واژگون شود؛
یکی دیگر از محدودیت‌های مدل PM این است که محاسبات قوسهای معکوس و مرکب به تنهایی و یا در ترکیب با قوسهای قائم را بیان نکرده است در صورتی که چنین قوس‌هایی کاربردهای فراوانی در طبقه‌بندی انواع مختلف راه‌ها و بزرگراه‌ها دارند.
در راهنمای طرح هندسی جاری مورد استفاده برای این‌گونه قوس‌ها، تنها به رعایت حداکثر مقدار 5/1 برای نسبت بین شعاع بزرگترین و کوچکترین شعاع قوسهای معکوس و مرکب اشاره شده است بدون اینکه هیچ توجهی به مشخصات و ویژگی‌های وسیله نقلیه بشود؛
یکی از بزرگترین محدودیت‌ها در طراحی حداقل شعاع قوس دایره‌ای این است که این طراحی‌ها براساس مقدار اصطکاک جانبی می‌باشد که در حدود 60 سال قبل پایه‌ریزی شده بود [8].
ملاکی که در آن زمان وجود داشت براساس این موضوع بود که چه میزان انحراف باعث میشود تا راننده احساس ناامنی کند و به طور غریزی از سرعت بالاتر اجتناب کند. سرعتی که ممکن بود باعث واژگونی در قوس مورد مطالعه شود، به عنوان معیار کنترل طرح برای حداکثر میزان اصطکاک پذیرفته شده است. از مقیاس Ball-bank به عنوان مقیاس کلی برای اندازه‌گیری نقطة ناامنی راننده و در نتیجه واژگونی (چپ کردن)، برای تعیین سرعت ایمن در قوس‌ها استفاده میشود؛
1-3- اثرات مهم مطالعه بر مسأله ازنظر بهبودآن
در حال حاضر در آئین‌نامه‌های طراحی هندسی موجود، مشکلات زیر موجود می‌باشند و در این پایان‌نامه سعی بر بررسی آنها خواهد بود:
1- راهنماهای طراحی هندسی موجود غالباً با قوسهای افقی معکوس یا مرکب به صورت عناصر مجزا برخورد و رسیدگی می‌کنند و نظریات کافی و مناسب برای طراحی قوسهای پیچیده افقی ارائه نمی‌دهند؛
2- آئین‌نامه‌های موجود، قوسهای سه‌بعدی که در آن قوسهای افقی ساده یا مرکب در ترکیب با قوسهای قائم قرار گرفته است را به صورت جداگانه بررسی می‌کند و توجه و رسیدگی کافی برای نیازهای طراحی قوسهای سه‌بعدی موجود نمی‌باشد.
1-4- اهداف و فرضیات تحقیق
1- مرور راهنماهای طراحی و آئین‌نامه‌های موجود و تحقیقات انجام شده تاکنون جهت تعیین هدف و کمک به تحقیق پیش‌رو
2- استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی Trucksim برای سنجیدن توانایی وسیله نقلیه سنگین (کامیون) در طول حرکت بر روی ترکیبات متفاوتی از اجزای طرح هندسی.
این ترکیبات شامل بخش‌های زیر می‌باشند:
الف) قوس افقی به تنهایی و بدون وابستگی به قوس قائم
ب) قوس قائم (شامل = سربالایی- سرپائینی- قوس محدب- قوس مقعر)
ج) قوس معکوس با نسبت شعاع‌های متفاوت بدون ترکیب با قوس قائم
د) قوس معکوس با نسبت شعاع‌های با ترکیبات متفاوتی از انواع قوسهای قائم (سربالایی – سرپائینی- قوس محدب – قوس معقر)
3- توسعه مسائل مدل‌های ریاضی بدست آمده برای محاسبه حداقل انحنا در ترکیبات مختلف قوسهای افقی- قائم (قوسهای سه بعدی)
1-5- دامنة اثر مسأله در جامعه علمی و اجتماع
انجام تحقیق پیش‌رو فصل تازه‌ای در باب شبیه‌سازی کامپیوتری حرکت وسایل نقلیه در جاده‌های کشور و آشنایی با زوایای مختلف شبیه‌ساز و طرز به کارگیری و استفاده از آن توسط محققین و پژوهشگران خواهد بود. لذا می‌توان با استفاده از بکارگیری نرم‌افزارهای موازی و شبیه‌سازی توسط آن نسبت به کنترل نقاط حادثه‌خیز و در صورت لزوم اصلاح طرح هندسی و ساختار جاده‌های کشور اقدام نمود.
1-6- محدودیت‌ها و چارچوپ‌های پروژه
مدلسازی‌های انجام شده در این رساله براساس حرکت کامیونها در جاده‌های بیرون شهر، با ضریب اصطکاک و شیب و دیگر عوامل مختص به این جاده‌ها می‌باشد و بررسی حرکت این وسایل نقلیه در جاده‌های شهری کاری متفاوت خواهد بود. ضمناً بررسی بسیاری از عوامل انسانی موثر نظیر ظرفیت کار راننده- زمان PRT و نحوه ترمز کردن و … جز حوزة این تحقیق نمی‌باشد؛
همچنین فشار هوا و سایر عوامل، مثل آیرودینامیک و شرایط محیطی و آب و هوایی (برف و باران …) در این تحقیق پوشش داده نشده است.
پایان نامه ارشد عمران پایداری حرکت کامیون روی انواع مختلف قوس افقی در ترکیب با قوس قائم با فرمت ورد
