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        交通擁塞對橋梁結(jié)構(gòu)影響分析及優(yōu)化組織設計

        2017-12-19 07:27:45聶立力何丹
        城市道橋與防洪 2017年11期
        關鍵詞:橋梁優(yōu)化設計

        聶立力,何丹

        (1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司,湖北武漢430000;2.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北武漢430000)

        交通擁塞對橋梁結(jié)構(gòu)影響分析及優(yōu)化組織設計

        聶立力1,何丹2

        (1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司,湖北武漢430000;2.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北武漢430000)

        對橋頭銜接道路條件及其交通流量進行調(diào)查分析,同時分析車輛荷載超標對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。運用VISSIM仿真軟件仿真銜接路口的排隊長度、延誤,指導銜接道路改善方案,減小排隊長度。對優(yōu)化前后路段運行速度、路口服務水平、橋梁進口道排隊長度進行了對比分析,并提出了相應的交通管理措施,以期對橋頭銜接道路路口的優(yōu)化設計提供參考。

        交通擁塞;橋梁荷載;VISSIM;排隊長度;延誤

        0 引言

        黃岡市正在實施“東擴北進、跨河發(fā)展”的總體發(fā)展戰(zhàn)略,城東新區(qū)將成為黃岡市區(qū)空間拓展的重點區(qū)域,三臺河從新老城區(qū)之間蜿蜒而過。新老城區(qū)主要通過橋梁相連,隨著交通量的不斷增加,原銜接道路的通行能力已無法滿足要求,成為城市交通擁堵的主要發(fā)生之地,制約了新區(qū)的發(fā)展。特別是有些銜接道路為信號控制方式,在高峰期紅燈排隊期間等候排隊的車輛必然會對橋梁結(jié)構(gòu)及承載力產(chǎn)生較大影響,尤其是較多重載車輛通行時,甚至可能引起橋梁結(jié)構(gòu)變形或承載力不夠而造成橋梁坍塌[1]。

        鑒于橋上車輛排隊對橋梁的不利影響,運用VISSIM仿真軟件仿真銜接路口的排隊長度、延誤,指導銜接道路改善方案,減小排隊長度,以期對橋頭銜接道路路口的優(yōu)化設計提供參考。

        1 橋頭銜接道路調(diào)查與分析

        1.1 道路條件調(diào)查與分析

        三臺河穩(wěn)健醫(yī)療工業(yè)園橋(以下簡稱“工業(yè)園橋”)是黃岡中心城區(qū)與城東新區(qū)北部實現(xiàn)聯(lián)系的重要過河通道。工業(yè)園橋為雙向6車道,機非分離。

        工業(yè)園橋與赤壁大道相連,赤壁大道是老城南北向的重要交通干路,沿線分布有東城尚品、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、東方明珠、東華客運站等交通流量吸引點和發(fā)生點。工業(yè)園橋接線共與兩處路口相交(工業(yè)園路口距離橋頭約340 m,明珠大道路口距離工業(yè)園路口約420 m),其中,工業(yè)園路路口為讓行路口,明珠大道路口為信號燈控路口,但路口范圍大,交通秩序混亂。特別是距離工業(yè)園橋北側(cè)約1.1 km的三臺河橋拆遷重建后,原來走路口大道(京廣線)車輛需要繞行工業(yè)園橋,導致此路口交通壓力較大,尤其重載貨車占比較高。在早高峰期間車流量較大時,由于橋梁西側(cè)紅燈的控制,導致車輛在橋上存在排隊停車等待情況,嚴重時一直擁堵至橋東側(cè)交叉口處,且大貨車較多,大部分大貨車存在超載情況。圖1為銜接道路條件情況。

        圖1 銜接道路條件情況

        1.2 交通流量調(diào)查與分析

        通過對早晚高峰交通運行狀況進行調(diào)查,從表1中可看出,小汽車占比最大,貨車占比次之。

        赤壁大道與工業(yè)園路路口主要以赤壁大道至新區(qū)之間的交通聯(lián)系為主,工業(yè)園路進出車輛較少(見圖2a)。赤壁大道和明珠大道路口直行方向為主流向(見圖2b),其次為明珠大道北與工業(yè)園橋的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)流向。

        表1 車種比例

        圖2 交叉口高峰小時流向與流量圖

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查,在早高峰時期,左幅箱梁上3車道基本停滿車輛,最不利時期大貨車約占1/3數(shù)量,且大貨車基本處于最外側(cè)車道。

        1.3 車輛荷載超標對橋梁結(jié)構(gòu)的影響

        該橋橋跨布置為48 m+80 m+48 m。主橋主體結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土連續(xù)梁橋,橋上設置3層疊加圓形拱,采用鋼箱構(gòu)件。赤壁大道道路等級為Ⅰ級城市主干路,計算行車速度為50 km/h,橋梁寬度為3.0 m(人行道)+3.0 m(非機動車道)+0.5 m(護欄)+11.75 m(行車道)+0.5 m(護欄)+3.5 m(中間帶)+0.5 m(護欄)+11.75 m(行車道)+0.5 m(護欄)+3.0 m(非機動車道)+3.0 m(人行道)=41.0 m。

        設計荷載標準:機動車道橋為城—A級,人行非機動車道橋為城—B級,人群按3.5 kN/m2,設計時車道荷載計算考慮了0.78的折減系數(shù)。

        車輛荷載超標對橋梁的影響主要有以下三點:

        (1)使橋梁產(chǎn)生疲勞和變形累積現(xiàn)象,當超限車輛過多時,引起橋面板開裂。

        (2)早晚高峰時期,車輛集中在一側(cè),導致橋梁偏載系數(shù)較大,對箱梁外側(cè)腹板影響較大,可能存在腹板開裂情況。

        (3)梁體結(jié)構(gòu)受到損傷,承載力下降,開裂彎矩降低,剛度下降,影響橋梁的耐久性和使用年限。

        根據(jù)交通現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果,選取早高峰不利時期車輛荷載形式進行梁體驗算,車道荷載按3車道選取,但不考慮多車道橫向折減系數(shù)及縱向折減系數(shù)。偏載系數(shù)按照1.5考慮。荷載組合按標準組合考慮。頂板上緣應力結(jié)果如圖3所示。

        圖3 板上緣應力分析

        根據(jù)計算結(jié)果,在中墩處頂板和邊跨跨中頂板均產(chǎn)生拉應力,其中拉應力最大值為-2.28 MPa,超過規(guī)范要求短期效應組合下1.855 MPa??紤]到貨車存在超載情況,實際車輛荷載可能比本次計算采用值要大,對梁體會產(chǎn)生更加不利的影響。

        2 改善思路

        在調(diào)查、分析該交叉口現(xiàn)狀幾何尺寸及交通流量特性的基礎上,對交叉口進行渠化設計,對信號配時方案進行優(yōu)化,并用VISSIM仿真軟件對渠化設計以及配時方案進行仿真,以控制橋頭銜接進口道排隊長度。路口整體延誤作為主要控制目標對渠化設計、信號配時進行優(yōu)化調(diào)整,盡量減少車輛排隊對橋梁結(jié)構(gòu)及承載力的影響和路口延誤。以路口通行能力和服務水平滿足交叉口交通需求為前提,盡量減小銜接路口橋頭進口道車輛排隊長度,并以最優(yōu)方案優(yōu)化路口[2,3]。圖4為橋頭銜接路口交通組織優(yōu)化方案設計流程。

        圖4 橋頭銜接路口交通組織優(yōu)化方案設計流程圖

        3 橋頭銜接道路優(yōu)化方案

        3.1 銜接道路交通組織和信號配時設計

        3.1.1 道路交通組織優(yōu)化設計

        明珠大道赤壁大道路口根據(jù)道路的線形、交叉口尺寸和交通流量等特征對交叉口進行交通組織優(yōu)化設計,其中,赤壁大道工業(yè)園路口調(diào)整為右進右出,設置人行過街紅綠燈,也作為工業(yè)園橋交通的緩沖;赤壁大道明珠大道路口進行渠化設計。圖5、圖6為通過仿真結(jié)果篩選出的最優(yōu)方案。

        圖5 明珠大道赤壁大道路口渠化圖

        圖6 赤壁大道工業(yè)園路路口渠化圖

        3.1.2 信號配時方案

        根據(jù)交叉口渠化設計方案及實際交通量調(diào)查數(shù)據(jù),對交叉口進行信號配時方案設計,包括相位、相序、最佳周期時長、各相位綠燈時間及黃燈時間的確定。信號配時方案如圖7、圖8所示。

        圖7 赤壁大道明珠大道路口信號配時方案

        圖8 赤壁大道工業(yè)園路路口信號配時方案

        3.2 VISSIM仿真分析

        3.2.1 仿真結(jié)果

        針對赤壁大道(工業(yè)園橋橋頭—明珠大道)段的交通組織設計以及信號配時方案,對此段的交通運行狀況進行仿真。由于該段與工業(yè)園橋銜接,橋面上的排隊長度是設計主要考慮因素,因此選取路口延誤和赤壁大道工業(yè)園路路口排隊長度作為該信號交叉口的評價指標。

        赤壁大道(明珠大道—工業(yè)園橋橋頭)段的運行速度為30.1 km/h,提速82%。赤壁大道明珠大道路口的每車延誤為41 s,比優(yōu)化前延誤縮短了26 s;赤壁大道工業(yè)園路路口的每車延誤為27 s,比優(yōu)化前延誤縮短了24 s,服務水平由原來的D及提升至C級。赤壁大道工業(yè)橋西進口道最大排隊程度為320 m,比優(yōu)化前最大排隊長度縮短了92 m。優(yōu)化前后對比見表2~表4。

        表2 路段運行速度

        表3 路口服務水平

        表4 赤壁大道工業(yè)園橋西進口道排隊長度

        3.2.2 分析結(jié)果

        根據(jù)仿真結(jié)果,以赤壁大道工業(yè)園橋西進口最大排隊長度和交叉口平均延誤最小為目標,篩選出優(yōu)化的最終方案。結(jié)論如下:

        (1)通過渠化沿線路口,有效規(guī)范了交通秩序,提高了通行效率,服務水平均比原來提高1個等級。其中,赤壁大道-明珠大道路口由原來的E級提升至D級,赤壁大道-工業(yè)園路路口由原來的D級提升至C級。

        (2)通過減少赤壁大道-工業(yè)園橋路口相位,并與相鄰路口(赤壁大道-明珠大道路口)形成協(xié)調(diào)控制,有效減小了西進口的排隊長度,避免了重載車輛排隊至工業(yè)園橋上。

        3.3 交通管理措施

        (1)設置標線標牌,明確大車在最右側(cè)車道行駛,保證重型荷載基本在箱梁中間,對結(jié)構(gòu)更為有利。

        (2)建議設置超載檢測站,防止超載車過橋(改裝車、軸載特別大的、軸載不超過15 t)。

        (3)加強橋梁運營監(jiān)控,采用設置應變片,測量撓度等措施。

        (4)在早晚高峰期間采取限時禁貨措施。

        4 結(jié)語

        在調(diào)查分析赤壁大道(明珠大道—工業(yè)園橋橋頭)交通組織方式、交通流量的基礎上,分析了荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響,進行了交通組織優(yōu)化設計,并進行相應的信號控制方案的設計。利用VISSIM仿真軟件對各方案進行仿真,以赤壁大道工業(yè)園橋路西進口道最大排隊長度最小和交叉口平均延誤最小為目標,選取最優(yōu)方案,避免排隊至工業(yè)園橋,對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。

        [1] 郭建鋼,張文星,陳必太,等.基于VISSIM的橋頭交叉口改造優(yōu)化設計[J].2013(1):44-47.

        [2] 伍安國,余征云,鄂德軍.城市橋梁改造中的橋頭交叉口典型問題及對策[J].2009(10):88-92.

        [3] 姚世瑞,郭建鋼,李乃境,等.基于環(huán)境及排隊長度的橋頭交叉口信號配時優(yōu)化[J].2016,11(10):2179-2182.

        U491.2+65;U441+.2

        A

        1009-7716(2017)11-0033-03

        2107-07-05

        聶立力(1983-),男,湖北武漢人,碩士,工程師,從事橋梁設計工作。

        10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.009

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