Raskaiden ajoneuvojen tierakenteeseen aiheuttamat rasitukset CASE: Vähäliikenteisen tien monitorointi DI Antti Kalliainen Tampereen teknillinen yliopisto
Sisältö Taustaa Koekohde Mittausajoneuvo Mittaustulokset Yhteenveto
Ajoneuvojen kokonaismassojen kehitys Lähde: Toikka & Virtala, 2015. Akselimassatutkimus 2013-2014. Projektin loppuraportti. Liikennevirasto tutkimuksia ja selvityksiä 6
Jättirekat tulevat Videolinkki: https://www.youtube.com/watch?v=pcirj8b6yy8
^ aamulehti.fi mtv.fi >
^ ess.fi savonsanomat.fi >
TTY:n saaman tutkimustoimeksiannon kysymyksenasettelu Aikaisempien tutkimusten perusteella yksittäispyörien (Super single pyörien) on todettu rasittavan tierakennetta merkittävästi samalla massalla kuormitettua paripyörärengastusta enemmän. Onko tulos edelleen voimassa nykyisin käytössä olevilla yksittäispyörillä? Onko löydettävissä yksitäispyörätyyppi, jonka tierasitus ei olisi merkittävästi paripyörärengastusta suurempi?
Mittauskohde (MT 2983, Vesilahti) KVL noin 400 ajon./vrk Tien rakenne: 40 (30) mm PAB-V 100 mm KaM 150 mm vanha PAB + kantava kerros 200 mm SrM Tien molemmilla kaistoilla noin 20 mm syvyinen laakea ura. 1.2.2016 8
Mittauksissa varioidut muuttujat Vetoauton rengastus pidettiin koko ajan samana Perävaunun oikeanpuoleisia renkaita vaihdeltiin: PP275/70R22.5 385/65R22.5 425/65R22.5 455/45R22.5 495/45R22.5 Akselipainot 80 ja 100 kn (eli 8 ja 10 tonnia) 1.2.2016 9
Kuorman epätasainen jakautuminen tien pinnan urautumisesta johtuen 350 300 250 200 Korkeus [mm] 150 100 50 0-50 -100-150 0 50 100 150 200 250 300 Renkaiden keskilinja Anturin keskikohta 15 cm Painerasia z=120 mm Etäisyys tien reunaviivasta [cm] 1.2.2016 10
Vastemittauksen tulokset paripyörät, 100 kn akselipaino Pystyjännitys z=120 mm 500 Tien pinnan pystysiirtymä 3,5 Pystyjännitys [kpa] 450 400 350 300 250 200 150 342 kpa Siirtymä [mm] 3 2,5 2 1,5 1 2,3 mm 100 50 0,5 0-500 -400-300 -200-100 0 100 200 300 400 500 Renkaan keskikohdan etäisyys anturin keskikohdasta [cm] 270/70R22.5 0-500 -400-300 -200-100 0 100 200 300 400 500 Renkaan keskikohdan etäisyys anturin keskikohdasta [cm] 270/70R22.5 1.2.2016 11
Vastemittauksen tulokset kapeat yksittäispyörät, 100 kn akselipaino Pystyjännitys z=120 mm Tien pinnan pystysiirtymä 410 kpa 500 450 400 3,5 425 kpa 2,6 mm 3 2,9 mm 350 2,5 Pystyjännitys [kpa] 300 250 200 150 Siirtymä [mm] 2 1,5 1 100 50 0,5 0-500 -400-300 -200-100 0 100 200 300 400 500 Renkaan keskikohdan etäisyys anturin keskikohdasta [cm] 425/65R22.5 385/65R22.5 0-500 -400-300 -200-100 0 100 200 300 400 500 Renkaan keskikohdan etäisyys anturin keskikohdasta [cm] 425/65R22.5 385/65R22.5 1.2.2016 12
Vastemittauksen tulokset leveät yksittäispyörät, 100 kn akselipaino 378 kpa 350 kpa 2,6 mm 2,4 mm 1.2.2016 13
Suurimmat mitatut vasteet Rengastyyppi Pystyjännitys [kpa] z=120 mm z=230 mm z=390 mm 10 tonnin akselipaino Tien pinnan siirtymä [mm] Paripyörä 275/70R22.5 342 218 90 2,3 Super single 385/65R22.5 410 262 106 2,6 425/65R22.5 428 290 115 2,9 Wide base 455/45R22.5 378 250 104 2,6 495/45R22.5 350 223 93 2,4 8 tonnin akselipaino Paripyörä 275/70R22.5 323 189 75 1,8 Super single 385/65R22.5 407 261 95 2,4 425/65R22.5 374 242 93 2,3 Wide base 455/45R22.5 329 198 82 1,9 495/45R22.5 285 178 75 1,9 Vetoauton renkaat Super single (7,4 t) 385/55R22.5 384 235 92 2,4 Paripyörä (7,6 t) 315/60R22.5 324 192 72 2,0 1.2.2016 14
Eri rengastus- ja akselipainoyhdistelmien kuormitusvaikutusvertailu 4,5 4,0 3,5 3,0 vastaavauuskerroin 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Standardiakselin kuormitusvastaavuuskerroin 1,0 0,0 275/70R22.5 385/65R22.5 425/65R22.5 455/45R22.5 495/45R22.5 385/55R22.5 Rengastyyppi 10 tonnin akselipaino 8 tonnin akselipaino 1.2.2016 15
Kestävyysmalleilla lasketut akselimäärät (E=280 MPa) 3000000 2500000 2000000 Akselimäärä 1500000 1000000 500000 0 275/70R22.5 385/65R22.5 425/65R22.5 455/45R22.5 495/45R22.5 385/55R22.5 Rengastyyppi 10 tonnin akselipaino 8 tonnin akselipaino 1.2.2016 16
Rakenteen 3D FEM-malli ja sen vertailu mitattuihin pinnan taipumiin 3 Siirtymä LVDT2, nupin etuakseli 385/55R22,5 2,5 Taipuma [mm] 2 1,5 1 0,5 Ajo1 Ajo2 Ajo3 Ajo4 Ajo5 Ajo6 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Etäisyys tien reunasta [cm] 1.2.2016 17
Eri rengastyyppien kuormitusvaikutus Tien pinnan pystysiirtymät, mallinnettujen ja mitattujen vertailu 1.2.2016 18
Eri rengastyyppien kuormitusvaikutus Pystyjännitystasot, mallinnettujen ja mitattujen Vertailu, rengastyyppi 385/65 R22.5 1.2.2016 19
Yhteenveto Vanhan sukupolven yksittäispyörien aiheuttamat vasteet 20 30 % paripyörärengastusta suurempia; vastaava ero kuormitusvastaavuuskertoimeksi muutettuna noin kolmin-nelinkertainen 495 mm levyisten uuden sukupolven yksittäispyörien rasitusvaikutus paripyörärengastusta vastaava Renkaiden ilmanpaineella merkittävä vaikutus toteutuvaan tierasitusvaikutukseen FEM-mallinnuksen tulokset vastaavat varsin hyvin mittaustuloksia; mallinnustulokset osoittavat mm. pohjamaan jäykkyyden huomattavan vaikutuksen toteutuvaan tierasitukseen 1.2.2016 20
Yhteenveto Uuden asetuksen myötä tietyn tavaramäärän kuljettamiseen tarvittavien ajoneuvojen kokonaismassa pienenee Vahvalla rakenteella ja kantavalla pohjamaalla peräkkäiset akselit toimivat kuta kuinkin erillisinä; heikommilla rakenteilla ja pohjamailla akseleiden yhteisvaikutus korostuu Ajoneuvokohtaisen akselimäärän lisääntyminen lisää ainakin jossain määrin tierasituksen kanavoitumista samoille pyöräurille Siirtymäkaudella nykykalustolle sallittavilla korotetuilla kokonaismassoilla myös oma tierasitusta kasvattava vaikutuksensa
Kiitos mielenkiinnostanne! Kysymyksiä? 1.2.2016 22