石家庄市长安区交通需求预测及道路改建说明书毕业论文.doc

摘 要本次设计的课题是石家庄市长安区交通需求预测及道路改建设计，设计内容主要是通过对石家庄市交通调查数据进行分析，采用四阶段法预测规划区道路的交通量分布情况，据此进行主要道路的横断面设计、纵断面设计、平面设计、典型交叉口的交通组织及竖向设计。本设计主要分三部分，第一部分利用AutoCAD等软件，建立路网。将所选定的区域划分小区，利用四阶段法（出行生成、出行分布、出行方式划分和交通流分配）进行交通规划，然后根据石家庄市局部区域的道路交通量及社会经济等指标，对各个路段进行交通流分配而最终得到各路段上的交通量。第二部分主要是结合现状，根据分配到路段上的交通量及道路功能等，详细规划了道路平面、纵断面、横断面以及交叉口平面和竖向设计。第三部分是交通标志牌的结构验算，拟定交通标志牌的尺寸进行荷载验算、强度验算及其配筋设计。关键词： 交通小区划分 四阶段法 交通量 城市道路 AbstractThis dissertation is Shijiazhuang City, Changan District, traffic demand forecast and road reconstruction design.The main content of the dissertation is Shijiazhuang City traffic survey data analysis, four-stage prediction city traffic on the roads distribution, whereby the main roads in the cross-sectional design, profile design, graphic design, the typical traffic intersection organizations and vertical design.There are three parts in this design, the first part with the use of AutoCAD, Mapinfo software, establishes the geographic information system,and will be selected by the regional district, using four stages (trip generation, trip distribution. travel and transport mode distribution) traffic planning, According to Baotou City Local Area in road traffic and other socio-economic indicators, to all sections of the final distribution of traffic from all sections of the traffic volume. The second part is mainly with the status quo, according to the distribution of traffic on the section of road capacity and functional hierarchy. Detailed planed of the road plane, profile, and the intersection of cross-sectional plane and the vertical design.The third part is the checking of traffic signs for the structure, development of traffic signs for the size of the load checking, checking the strength and reinforcement design of.Key words:Traffic Zone Division Four-stage Method Taffic Urban Road 目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 任务根据11.2 设计要求11.3 设计任务与内容说明1第二章 规划区域社会经济信息32.1 规划区域道路网设计32.1.1 规划区域道路网设计图32.2 用地性质划分32.3 交通小区划分52.3.1交通小区划分的目的52.3.2交通小区划分的原则52.3.1 各交通小区用地分类面积72.4 交通小区出行量计算72.4.1 交通小区出行量计算7第三章 交通发生与吸引预测93.1发生与吸引交通量的预测93.2最短路计算103.2.1 路段阻抗的计算103.2.2最短路计算11第四章 交通分布预测144.1乌尔希斯重力模型分布交通量144.2佛尼斯法调整OD分布交通量15第五章 交通方式划分205.1当量小汽车交通量的换算20第六章交通流分配226.1交通流分配的方法2261.1交通流分配的方法22交通流分配的方法有最短路径法、全有全无法、增量分配法、概率随机分配法。226.2多路径交通分配方法分配交通量226.2.1有效路段的确定226.2.2交通量的分配227.1横断面设计277.1.1横断面设计原则277.1.2城市道路横断面各部分宽度的确定27(1)取编号为56的交叉口（图7.1）进行详细的横断面设计，则与56相邻各路段年平均日交通量已在第六章中计算，结果整理如下所示。277.1.3路拱设计297.2纵断面设计297.2.1纵断面设计要求297.2.2道路纵坡307.2.3竖曲线设计31第八章 道路平面交叉设计328.1交叉口平面设计328.1.1交叉口的视距328.1.2交叉口转角缘石的半径348.2交叉口竖向设计34设计时首先应照顾主要道路的行车顺畅，在不影响主要道路行车方便的前提下,也应适当改变主要道路的纵、横坡，以照顾次要道路的行车方便。348.2.1交叉口竖向设计的一般原则348.2.2交叉口竖向设计的方法358.2.3交叉口竖向设计计算35第九章交通标志的结构验算389.1荷载的计算38计算简图如下所示:389.1.1永久荷载389.1.2风荷载399.2横梁的设计计算399.2.1强度验算：409.2.2变形验算419.3立柱的设计计算41429.3.1强度验算429.3.2变形验算439.4立柱与横梁的连接449.4.1螺栓强度验算469.4.3加劲肋的确定479.5柱脚强度验算479.6地脚螺栓支承加劲肋的计算499.7基础验算50参考文献52致谢53附录A长安区地性质的面积统计表54附录B石家庄市长安小区用地面积统计表57附录C 长安区各小区交通发生与吸引交通量计算63附录D路段阻抗统计表65表E 各类出行方式转化为当量小汽车的交通出行表74附录F交通流分配76附录G 路段交通量统计表106附录H 纵断面设计计算表113附录J116第一章 引 言1.1 任务根据随着我国城市社会和经济的发展，城市化水平不断提高，城市交通面临着日益严重的压力，严重影响着人们的生活。为了解决交通给人们生活和工作带来的不变，需要对城市交通进行新的认识和规划。在这种背景下，通过对某城市交通调查数据进行分析，采用四阶段法预测该市道路的交通状况，据此进行主要道路的横断面设计、纵断面设计、平面设计、典型交叉口的交通组织及竖向设计。1.2 设计要求认真做好图纸分析和相关资料的收集整理工作，综合利用所学知识，树立正确的设计思想，以积极认真的态度，全面、良好地完成设计任务。1.3 设计任务与内容说明1) 规划区域现状交通信息及路网现状图A规划区域道路网设计（Autocad）B. 规划区经济交通情况概况2) 交通需求预测A. 交通发生与吸引B. 交通分布C. 交通方式划分D. 交通分配3)城市道路改造与设计A. 横断面设计：包含规划横断面图、设计横断面图、现状横断面图以及他们之间的相互关系、机动车道、非机动车道、人行道、道路各部分尺寸及路面结构图等。比例尺1:200 或1:500B. 纵断面设计：包含道路设计高程、坡地及变坡点高程、竖曲线。比例尺纵1:100，横 1:1000。C. 路网平面设计：包含规划道路中线位置坐标、红线宽度、规划道路宽度及主要部位的平面位置和尺寸等。比例尺1：2000。 4) 交叉口设计A. 平面交叉口设计：交叉口交通组织，交叉口竖向设计B. 交叉口信号配时设计：确定交叉口的相序和相位、信号周期时长、各相位绿灯显示时间等。 5) 城市道路交通设施设计 道路交通标志和标线、路灯、公交站点等。6)科技文献翻译英文科技文献翻译不少于3000字。第二章 规划区域社会经济信息2.1 规划区域道路网设计本次设计区域是石家庄市长安区，主要范围是裕华路以北，建设路以东的区域。2.1.1 规划区域道路网设计图所绘制道路网设计图，如图2.1所示图2.1石家庄市长安区道路网设计图2.2 用地性质划分根据对路网图的分析，对城市用地性质进行详细划分。据标准将城市用地划分10大类，如表2.1所示。 表2.1城市用地分类表图2.1 石家庄市长安区总用地性质划分图表2.2长安区地性质的面积统计表（单位：m2）A兼容用地B居住用地C教育科研用地A1140005.6B1209540.2C1106020A248973.17B2132715.5C2137386.2A369622.55B346112.31C312214.85A466728.2B469451.46C443617.66A5183747.9B558166.25C516450.39A657378.26B679988.61C638771.36A789488.33B7143486.3C752717.83A8100002B8264679.6C887466.71A981735.5B9147154.9C9137171.32.3 交通小区划分交通网络的布局规划与设计是交通规划的基础工作之一。在交通需求预测的过程中，为了调查统计，预测社会经济指标，生成交通量和分布交通量等，需要将规划区域划分成适当数量的交通小区。2.3.1交通小区划分的目的1) 将区域交通需求的产生，吸引和区域的工、农业产值，人口等社会经济指标联系起来。2) 将交通需求在空间的流动用交通小区的交通分布图表现出来。3) 便于用交通分配理论来模拟道路网上的交通流。2.3.2交通小区划分的原则查区域确定后，要将调查区域分为若干调查小区，这是交通研究的最小分析区。交通小区划分一般可以遵循如下原则：（1） 同质性。区内的土地使用、经济、社会等特性应尽量一致。（2） 以铁路、河流等天然屏障作为分区的界限，不但资料准确，且易于核对。（3） 尽量配合行政区的划分，以利用政府的统计资料，如人口、经济统计资料等。（4） 分区的过程中要考虑道路网。（5） 保持分区的完整，避免统一用途的土地被分开。（6）分区越小，计算数据越多，成果就越细，但工作量也越大。反之，工作量小，但有可能掩盖该范围内的交通特点。根据上述原则和规划区域的道路网状况，长安区小区划分如图2.4所示。2.3.2长安区路网的优缺点城市交通网络基本形式有方格网式、带状、放射状、环形放射状和自由式等。长安区路网形式属于方格网式，其优点是可达性均等，秩序性和方向感较好，易于辨别，网络可靠性较高，有利于城市用地的划分和建筑的布置；缺点是网络空间形式简单、对角线方向交通的直线系数较小。图2.4交通小区划分图2.3.1 各交通小区用地分类面积通过对规划区域用地性质分类，可以确定各类用地所占面积，并对各小区内不同用地类别分别求其面积，具体见表2.3。表2.3 各小区用地面积统计表小区一居住用地面积兼容用地面积B1209540.2A1140005.6B2132715.5A248973.17B346112.31A369622.55B469451.46A466728.2B558166.25A5183747.9B679988.61A657378.26B7143486.3A789488.33B8264679.6A8100002B9147154.9A37281095.5B10164320.2合计10370422.4 交通小区出行量计算2.4.1 交通小区出行量计算根据交通出行率手册，对个小区交通出行量进行预测。本设计采用早高峰出行量进行计算，计算公式如下： 生成（吸引）交通量=用地面积X建筑密度X容积率X生成（吸引）系数X高峰小时系数。 表2.4 长安区各小区交通发生与吸引交通量计算表 第三章 交通发生与吸引预测发生与吸引交通量的预测是交通需求预测四阶段预测中的第一阶段，是交通需求分析工作中最基本的部分之一。在本阶段的任务是求出各个交通小区的发生与吸引交通量。3.1发生与吸引交通量的预测通过对未来人口数的预测，对此规划区域进行居民出行量的预测，根据已给定资料可获知居民出行平均次数2.8（次/日人），得现在的发生与吸引的交通量如表3.1。由于现在的出行量表发生与吸引交通量不相等,采用调整系数法对其进行调整（调整系数f=Oi/Dj,得Dj=Djf；Oi=611666.53，Dj=569711.78，则f=1.073642062）。将来的发生与吸引的交通量为小区人口预测数与居民出行平均次数的乘积，而规划区域长安区外的另外三个小区则需乘以交通分布量，得将来的交通发生与吸引交通量表（表3.2）。 表3.1现在的交通发生与吸引交通量表3.2将来的交通发生与吸引交通量表3.2最短路计算对规划区域内路网进行简化，简化的原则是将路网中的支路等进行删除简化。然后对简化后的路网的各个交叉口进行标号，为了方便以后的计算，石家庄市长安区各个小分区形心标号分别为1，2，3，4，5。长安区以外各分区形心标为6,7,8,9。形心标号后从10开始标其余各个交叉口。 图3.1 简化路网及对应节点图3.2.1 路段阻抗的计算 对规划区域内所有路网节点进行标号并求出路段阻抗，路段阻抗取该路段行驶时间和延误时间之和，行驶时间为路段的长度除以该路段的设计速度。 表3.3 路段阻抗统计表交叉口编号路段编号路段长度设计速度运行速度交叉口延误时间路段阻抗道路类型（双向）(单位：m)（单位：km/h）（单位：km/h）（单位：s）（单位：s）11-632482.681604240253 主干路1-60701.0022604240100 主干路1-65744.5778604240104 主干路1-61629.333260424094 主干路22-58629.3332503540105 次干路2-35479.189960424081 主干路2-56626.646960424094 主干路33-27356.848960424071 主干路3-26725.0499503540115 次干路3-331211.196604240144 主干路3-32658.3396503540108 次干路44-21703.2045503540112 次干路4-75820.9379503540124 次干路4-24847.4904503540127 次干路55-11430.372660424077 主干路5-17562.533750354098 次干路5-19562.674160424088 主干路3.2.2最短路计算 最短路是一OD点对之间的径路中总阻抗最小的径路。求最短路方法有标号法Dijkstra法、矩阵迭代法、Floyd-Warshall法。标号法求最短路的基本步骤如下： Step1 初始化：给起点1标上P标号P(1)=0，其余各点均表标上T标号T1(j)=，j=2,3. Step2 设经过了（K-1）步标号，节点i是刚得到P标号的点，则对所有没有得到P标号的点进行下一步新的标号（第K步）在所有的T标号（包括没有被修改的）中，比选出最小的T标号：T k（j）=minT(j),P(i)+dij=在所有的T标号（包括没有被修改的）中，比选出最小的T标号T k（j 0）=minTk(j),T(r); Step3 当所有节点中已经没有T标号，算法结束，得到从起点1到其他各点的最短路权；否则返回步骤2。由于标号法计算量相当大，本次设计最短路的计算由程序计算。此程序的计算采用了矩阵迭代法。矩阵迭代法的基本思路如下：1、借助距离（路权）矩阵的迭代运算来求解最短路权的算法。2、该方法能一次获得任意两点之间的最短路权矩阵。矩阵迭代的基本步骤如下：1、首先构造距离矩阵（以距离为权的权矩阵）。2、矩阵给出了节点间只经过一步（一条边）到达某一点的最短距离。3、对距离矩阵进行如下的迭代运算，便可以得到经过两步达到某一点的最短距离现在开始用程序计算，首先编110x110阶矩阵表（图3.2交通网络的距离矩阵）。 图3.2交通网络的距离矩阵 然后将此表复制到中，如下图所示。 图3.2相邻两点的运行时间 点击输入矩阵阶数110点击导入权矩阵，然后点击导出到Excel，最短路矩阵就倒出来了，如下图（图3.3任意两点间最短距离矩阵）所示。图3.3任意两点间最短距离矩阵 第四章 交通分布预测 交通的分布预测是交通规划四阶段预测的第二阶段，是把交通的发生与吸引量预测获得的各小区的出行量转换成小区之间的空间OD量，即OD矩阵。常用方法有增长系数法、平均增长系数法、底特律法、福莱特法、弗尼斯法、重力模型法等等。4.1乌尔希斯重力模型分布交通量乌尔希斯重力模型表达式为；式中：交通阻抗函数，常用形式为；待定系数，本设计取 各小区阻抗见表4.1，小区内内出行阻抗取其它小区阻抗的平均值。 表4.1各小区交通阻抗 用公式来求交通量。计算结果如下表4.2。表4.2现状OD表（单位：次/高峰小时） 4.2佛尼斯法调整OD分布交通量佛尼斯法假设i，j小区间分布交通量的增长系数i小区的发生增长系数和j小区的吸引增长系数都有关系。模型公式为： 此模型首先令吸引增长系数为1，求满足条件的发生增长系数，接着用调整后的矩阵重新求满足条件的吸引增长系数，完成一个循环迭代过程，然后重新计算发生增长系数，再用调整后的矩阵求吸引增长系数，经过多次循环，直到发生和吸引交通量增长系数满足设定的收敛标准为止。以表4.2为基础，用佛尼斯法求将来的出行分布交通量，设收敛标准4%， (1)进行第一次迭代，由于发生增长系数为1，故先求吸引增长系数FD1=V1/D1=0.934409FD2=V2/D2=0.890171FD3=V3/D3=0.899107FD4=V4/D4=0.859098FD5=V5/D5=1.106234FD6=V6/D6=1.012216FD7=V7/D7=0.879304FD8=V8/D8=1.129674FD9=V9/D9=1.200065由于不满足收敛判定标准4%，用原矩阵乘以发生增长系数，得第一次迭代计算OD表： 表4.3第一次迭代计算OD表（单位：万次/日） （2）以第一次迭代计算OD表为基础，进行第二次迭代，令所有FDj=1求发生增长系数：FO1=U1/O1=1.01121FO2=U2/O2=1.00505FO3=U3/O3=0.995249FO4=U4/O4=0.973541FO5=U5/O5=0.997482FO6=U6/O6=1.008754FO7=U7/O7=0.990664FO8=U8/O8=0.99174FO9=U9/O9=0.992208 由于不满足收敛判定标准61)8777.005132表示路段（1,61）的单向交通量为8777.005132pcu/高峰小时。 表6.1 路段交通量统计表(1-61)8777.005132(61-1)7914.863779(1-63)1493.364019(63-1)24.470176(1-65)10602.371457(65-1)7354.196653(2-35)18274.119405(35-2)7164.679405(2-56)9239.565033(56-2)7796.059538(2-58)14969.254208(58-2)4746.349703(3-26)1316.352375(26-3)233.955113(3-27)1368.880863(27-3)214.333660(3-32)169.537042(32-3)675.103556(3-33)803.245662(33-3)3020.723613(4-21)445.538396(21-4)4837.091211(4-24)1084.684547(24-4)8039.437812(4-75)226.453855(75-4)4658.267775(5-11)15.558608(11-5)6455.287717(5-17)65.220437(17-5)1922.894800(5-19)153.508268(19-5)24267.474796(6-87)10472.193838(87-6)12007.281049(6-99)4246.505575(99-6)3461.339060(6-100)2468.167653(100-6)1144.536946(6-105)2181.262935(105-6)1613.402945(7-70)11266.558148(70-7)7707.546954(7-77)3308.720199(77-7)3535.347009 第七章 城市道路设计7.1横断面设计7.1.1横断面设计原则(1)道路横断面设计应在城市规划的红线宽度范围内进行。横断面形式、布置、各组成部分尺寸及比例应按道路类别、级别、计算行车速度(即设计车速)、设计年限的机动车与非机动车交通量和行人流量、交通特性、交通组织、交通设施、地上杆线、地下管线、绿化、地形等因素统一安排,以保障车辆和行人交通的安全、通畅。横断面设计应近远期结合,使近期工程为远期工程所利用,并预留管线位置。路面宽度及标高等应留有发展余地。(2)对现有道路改建应采取工程措施与交通管理措施相结合的办法以提高道路通行能力和保证交通安全。7.1.2城市道路横断面各部分宽度的确定 (1)取编号为56的交叉口（图7.1）进行详细的横断面设计，则与56相邻各路段年平均日交通量已在第六章中计算，结果整理如下所示。图7.1雨润大街与华容大街交叉口示意图Q（56-2）=7796 Q(2-56)= 9240 Q（56-57)=2321 Q(57-56)= 1020Q(56-55)= 5374 Q(55-56)= 2700 Q(56-68 )=3590 Q(68-56)= 6122 (2)单向设计小时交通量的计算Qh=QdaKQh - 单向设计小时交通量;Qda 设计年限末的年平均日交通量;k 高峰小时系数，推荐值11%； 方向系数，推荐值0.6。 设计年限20年，交通量年增长系数8%，计算结果如下表（表7.1）所示 表7.1单向设计小时交通量路段编号设计小时交通量路段编号设计小时交通量56-22220.5842-562631.88756-57661.10557-56290.53356-551530.7155-56769.057956-681022.56268-561743.768 （3）单向车道数的计算 主干道设计车速为60km/小时，ti取2.2表7.2道路分类快速路主干路次干路支路c 0.750.80.850.9 N(可能）=3600/2.2=1636(pcu/h) N(设计）=16360.8=1308.8(pcu/h) 表7.3 单向车道数的计算表56-21.6966562-562.01091656-570.50512357-560.22198456-551.16955255-560.58760556-680.78129868-561.332341 双向城市道路横断面规划宽度称为路幅宽度，即规划的道路用地总宽度。由车行道、人行道、分隔带和绿地等部分组成。机动车车行道的宽度是各机动车道宽度的总和。通常以规划确定的单向高峰小时交通量除以条车道的通行能力。以确定单向所需机动车车道数，乘以2，再乘以条车道的宽度，即得到机动车车行道的宽度。 本次设计的道路车道数取值：雨润大街车道数=32=6；华容大街车道数=22=4；因为设计车速为60km/小时，所以车道宽度取值为3.75m；查规范可得出：非机动车宽取4m；人行道宽取3m；两侧分隔带宽取2m；两侧绿化带宽取1.5m；缘石宜高出路面20cm，宽度宜为1015cm（足够埋深）；路拱坡度（横坡）：取 2%。7.1.3路拱设计车行道横断面常采用双向坡面，由路中央向两边倾斜，形成路拱。路拱的形式有四种:直线型、抛物线型、直线接抛物线型、直线接圆曲线型。路拱坡度应根据路面宽度、面层类型、计算行车速度、纵坡及气候等条件确定，一般取值为12%，道路横坡指路面、分隔带、人行道、绿化带等的横向倾斜度。分隔带、绿化带、人行道的道路横坡取值为2.0%。根据城市道路设计规范机动车道和非机动车道路拱横坡为2.0%，人行道横坡为2.0%。7.2纵断面设计城市道路的纵断面是指沿道路中线方向的剖面，道路纵坡是指沿道路中线方向的纵向坡度。城市道路纵断面设计是指根据城市竖向规划的控制标高，按道路等级等条件，确定道路中心线的竖向高程、坡度起伏关系和立体交叉等构筑物控制标高等。本次设计路段全长1180m，起点路面高程为1604.0m，终点高程为1591.9m。7.2.1纵断面设计要求 纵断面设计的要求如下： （1）线形能够平顺，保证行车安全、舒适与设计车速。因此，要求设计坡度平缓，坡段较长，起伏不宜频繁，在转坡处以较大半径的竖曲线衔接，并满足行车视距的要求。（2）保证与相交的道路、广场、街坊和沿线建筑物的出入口有平顺的衔接。（3）路基稳定、工程小。为此，要力求设计线与地面线相接近。这样使路基填挖土方量可能较少，而且可使路线与地形吻合，最小地破坏自然因素平衡。（4）道路最小纵坡应不小于0.5%，困难时不小于0.3%时，应设置锯齿形街沟或采取其他综合排水措施。（5）道路侧石顶面一般应低于街坊地面标高及道路两侧建筑物的地坪标高，并且道路的设计线要为地下管线的埋设创造条件，并满足城市各种管线最小覆土深度的要求。（6）设计线标高、坡度和位置的决定应考虑沿线各种控制点的