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 SPSSتعیین می نمائیم.
کلمات کلیدی : قوس سه بعدی،وسیله نقلیه طرح،شتاب جانبی، مدلسازی، شبیه ساز Truck SIM
1-1- تعریف كلی مسأله
طراحی هندسی راه باتوجه به ایجاد هماهنگی میان اجزای آن كاری 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، كلیه عوامل ذكر شده از نوع معیارهای اجباری در طراحی هندسی راه می‌باشند[1].
مهمترین هدف یک طرح هندسی دقیق، امنیت بالا و بی‌خطر بودن طرح با تكیه بر هماهنگی دقیق میان اجزای طرح می باشد؛
هزینه طرح نیز از نكات حائز اهمیت در طراحی هندسی می‌باشد. در كل برای رسیدن به یک طرح مطلوب و بهینه می‌بایست هماهنگی كامل 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 حالی‌كه 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 كه دو خط مماس در طرفین را به تنهایی و یا با كمك منحنی‌های اتصال به هم متصل می‌كند؛
قوس قائم شامل خط مستقیم مماس (مسطح- سربالایی یا سر پائینی) و یک منحنی سهمی‌وار گنبدی یا كاسه‌ای است كه خطوط مماس را به هم وصل می‌كند؛ از دیگر موارد اساسی تشكیل دهنده اجزای طرح هندسی راه، مقطع عرضی آن می‌باشد كه مشخصات پهنا – شیب عرضی سواررو- شانه‌ها- كانال‌ها- میانه و پیاده‌رو را به وضوح مشخص می‌كند؛زمانی كه وسیله نقلیه در امتداد قوس افقی حركت می‌كند نیروی گریز از مركز را به سمت خارج از مركز قوس تجربه می‌كند كه این نیرو به طور عكس با شعاع قوس متناسب است؛ نیروهای مقاوم در برابر نیروی گریز از مركز، شامل اثر متقابل نیروی اصطكاك بین لاستیک ماشین و كف خیابان و وزن وسیلة نقلیه است كه باعث پایداری وسیله نقلیه در طول مدت حركت آن بر روی قوس افقی می‌شوند؛
اثر متقابل نیروی اصطكاك بین لاستیک ماشین و رو‌سازی جاده بستگی به فاكتورهائی از قبیل وضعیت سطح جاده- شرایط آب و هوایی- مشخصات لاستیک و دینامیک وسیله نقلیه دارد؛
قسمتی از مولفه، وزن خودرو كه به طور موازی با سطح جاده عمل می‌كند، 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 اصطكاك 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 حركت روی قوس افقی را بدست می‌آورند؛ این روش شاید به صورت كلی جوابگوی نیازهای طراحی می‌باشد، اما از لحاظ علمی و باتوجه به مشخصات ویژه وسایل نقلیه و تفاوت‌های زیاد بین خودروها، مناسب نمی‌باشد. بین كامیون‌ها و خودروهای سواری از نظر سایز، اندازه لاستیک و مشخصات لاستیک تفاوت‌های آشكاری وجود دارد؛

اگرچه اصطكاك در هر چهار چرخ اتومبیل تقریباً برابر است، اما در كامیون اصطكاك چرخها به طور گسترده‌ای تغیر می‌كند؛ از طرفی یک وسیله نقلیه 

سنگین مثل كامیون جهت حركت روی جاده به 10% اصطكاك بیشتر نسبت به ماشین‌های سواری نیازمند است؛

از معایب مدل PM این است كه آستانه غلطیدن وسایل نقلیه را مشخص نمی‌كند؛ آستانه غلطیدن در خودروهای سواری نسبتاً بالاست و این خودروها قبل از غلطیدن بر روی جاده می‌لغزند(سر می‌خورند)؛ اما غلطیدن در كامیونها مسأله بسیار مهمی است، زیرا این‌گونه خودروها باتوجه به وضعیت و مشخصات بدنه و بار، مركز جرم بالاتری نسبت به خودروهای سواری دارند؛
مطالعات نشان داده آستانه غلطیدن در كامیونها تقریباً حدود g3/0 می‌باشد[48] . یعنی اگر كامیونی یک قوس افقی با شعاع 39 متر را طی می‌كند كه 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 كند بدون اینكه واژگون شود؛
یكی دیگر از محدودیت‌های مدل PM این است كه محاسبات قوس‌های معكوس و مركب به تنهایی و یا در تركیب با قوس‌های قائم را بیان نكرده است در صورتی كه چنین قوس‌هایی كاربردهای فراوانی در طبقه‌بندی انواع مختلف راه‌ها و بزرگراه‌ها دارند.
در راهنمای طرح هندسی جاری مورد استفاده برای این‌گونه قوس‌ها، تنها به رعایت حداكثر مقدار 5/1 برای نسبت بین شعاع بزرگترین و كوچكترین شعاع قوس‌های معكوس و مركب اشاره شده است بدون اینكه هیچ توجهی به مشخصات و ویژگی‌های وسیله نقلیه بشود؛
یكی از بزرگترین محدودیت‌ها در طراحی حداقل شعاع قوس دایره‌ای این است كه این طراحی‌ها براساس مقدار اصطكاك جانبی می‌باشد كه در حدود 60 سال قبل پایه‌ریزی شده بود [8].
ملاكی كه در آن زمان وجود داشت براساس این موضوع بود كه چه میزان انحراف باعث می‌شود تا راننده احساس ناامنی كند و به طور غریزی از سرعت بالاتر اجتناب كند. سرعتی كه ممكن بود باعث واژگونی در قوس مورد مطالعه شود، به عنوان معیار كنترل طرح برای حداكثر میزان اصطكاك پذیرفته شده است. از مقیاس Ball-bank به عنوان مقیاس كلی برای اندازه‌گیری نقطة ناامنی راننده و در نتیجه واژگونی (چپ كردن)، 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، مشكلات زیر موجود می‌باشند و در این پایان‌نامه سعی بر بررسی آنها خواهد بود:
1- راهنماهای طراحی هندسی موجود غالباً با قوس‌های افقی معكوس یا مركب به صورت عناصر مجزا برخورد و رسیدگی می‌كنند و نظریات كافی و مناسب برای طراحی قوس‌های پیچیده افقی ارائه نمی‌دهند؛
2- آئین‌نامه‌های موجود، قوس‌های سه‌بعدی كه در آن قوس‌های افقی ساده یا مركب در تركیب با قوس‌های قائم قرار گرفته است را به صورت جداگانه بررسی می‌كند و توجه و رسیدگی كافی برای نیازهای طراحی قوس‌های سه‌بعدی موجود نمی‌باشد.
1-4- اهداف و فرضیات تحقیق
1- راهنماهای طراحی و آئین‌نامه‌های موجود و تحقیقات انجام شده تاكنون جهت تعیین هدف و كمك به تحقیق پیش‌رو
2- استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی Trucksim برای سنجیدن توانایی وسیله نقلیه سنگین (كامیون) در طول حركت بر روی تركیبات متفاوتی از اجزای طرح هندسی.
این تركیبات شامل بخش‌های زیر می‌باشند: