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