某橋承載能力評定之交通量調(diào)查及特征參數(shù)分析

孟陽君

(湖南文理學院, 湖南 常德 415000)

某橋承載能力評定之交通量調(diào)查及特征參數(shù)分析

孟陽君

(湖南文理學院, 湖南 常德 415000)

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，反映實際通行汽車荷載變異的活載影響修正系數(shù)對于公路舊橋的承載能力評價至關(guān)重要。通過對省道某大跨舊橋的交通量調(diào)查及其分析，得到通過該橋的總的交通量、構(gòu)成特征、其時間和空間分布規(guī)律及服務(wù)水平評價，并結(jié)合軸載調(diào)查，得出活載影響修正系數(shù)?？蔀楣放f橋的承載能力評定提供參考。

橋梁； 承載能力; 交通量; 時間分布; 空間分布; 構(gòu)成特征; 活載影響修正系數(shù)

隨著社會的發(fā)展、車流量的增加，原有道路交通量的設(shè)計等級已經(jīng)遠遠不能滿足要求，導(dǎo)致大量已建道路的超負荷運營，其對已建橋梁的影響最大，直接導(dǎo)致各種橋梁病害的產(chǎn)生。為了獲取通過橋梁斷面的機動車的類型、數(shù)量，進而求得通過橋梁的總交通量和各類車輛的時間、空間分布規(guī)律，對某橋的活載影響修正系數(shù)及服務(wù)水平做出評價，更好的對已建橋梁的承載能力進行評定，交通量的調(diào)查勢在必行。

交通量是指在選定時間段內(nèi)，通過道路某一地點、某一斷面或某一條車道的交通實體數(shù)。根據(jù)定義，交通量是一個隨時間、空間變化的隨機變量。

1 交通量調(diào)查方法簡介

交通量調(diào)查方法包括間隙式交通量調(diào)查、連續(xù)式交通量調(diào)查、車速調(diào)查、交通量比重調(diào)查、交通量 OD調(diào)查。

間隙式交通量調(diào)查最初為人工劃正字的方法，后來采用半自動觀測儀觀測，之后又出現(xiàn)了間隙式全自動觀測儀。但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，車型比例不斷發(fā)生變化， 這種方法得到的觀測值實際上是一種近似值。

連續(xù)式觀測站起初也是采用人工劃正字方法觀測，后來采用全自動觀測儀觀測，這種觀測方法因為沒有人為因素，最接近實際值，觀測精度也最高，但是要求儀器自始至終保持正常工作，維護要求較高。

車速調(diào)查是在某個觀測站代表路段的首尾各設(shè)1人， 記錄車型，并測算速度的觀測方法。

交通量比重調(diào)查與間隙式交通量調(diào)查的外業(yè)工作基本相同，調(diào)查的時間一般是在9月15日，觀測必須用手工記數(shù)或半自動儀記數(shù)器。著重調(diào)查各種車型比例各占多少，因此對觀測員的要求較高。

OD調(diào)查是交通量起訖點調(diào)查，分為客流OD調(diào)查和貨流OD調(diào)查。前者的調(diào)查內(nèi)容主要有起止點分布、出行目的、出行方式、出行時間、出行距離、出行次數(shù)等。貨流OD調(diào)查內(nèi)容主要有各單位的貨運人，運出量、調(diào)查日各交通區(qū)之間及各交通區(qū)與外地之間的貨物來往量、各單位歷年的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。

2 交通量調(diào)查數(shù)據(jù)及分析

本次采用間隙式交通量調(diào)查。調(diào)查對象為省道某橋，調(diào)查地點選擇在大橋南側(cè)引橋上。調(diào)查中將過橋車輛分為客車、貨車、摩托車3種類型進行觀測和統(tǒng)計，其中客車細化為小型客車、中型客車、和大客車，貨車細分為小型貨車、中型貨車和大型貨車。此次調(diào)查分為工作日和非工作日調(diào)查，以便全面了解過橋機動車的特征。工作日選擇2013年2月23日和24日(星期四、星期五)，非工作日選擇2012年2月25日(星期六)。根據(jù)調(diào)查實際需要，結(jié)合對當?shù)厥忻竦脑儐柫私?，選取每天上午07:00-09:00，中午10:30-13:30和下午17:00-19:00共3個時段作為觀測時段。記錄時段定為每10 min記錄1次，以1 h為匯總單位。

為方便進行進一步的分析，將觀測所得的各種車型的交通量轉(zhuǎn)換為標準車型交通量，轉(zhuǎn)換系數(shù)見《關(guān)于調(diào)整公路交通情況調(diào)查車型分類及車輛折算系數(shù)的通知》規(guī)統(tǒng)便字[2005]126號。

2.1 交通量時間分布特征

通過對調(diào)查數(shù)據(jù)整理分析，可以得出每天調(diào)查時段內(nèi)分方向各車型的交通量及雙向交通量，限于篇幅，僅列出2月23日的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)，見表1。

表1 2月23日分方向各車型交通量匯總表pcu時段由南往北方向客車貨車摩托車合計07：00-08：0093585520608：00-09：001081047528610：30-11：30148797630211：30-12：30136576726012：30-13：30159945530817：00-18：0085667122218：00-19：00647141176(45%)(30%)(25%)由北往南方向客車貨車摩托車合計7260133265103461262751877975340129824225211475362241278640253666323151(45%)(28%)(27%) 注：括號內(nèi)值為各車型比例。

各計數(shù)時段內(nèi)交通量匯總見表2。

通過對表1和表2的數(shù)據(jù)分析可以看出，在調(diào)查的時間段內(nèi)，交通量分布大體呈現(xiàn)出單峰曲線的形式，其中在10:30-11:30之內(nèi)的交通量占每天調(diào)查時段內(nèi)總交通量的比例最大，大約占到18%～19%之間，在18:00-19:00之內(nèi)的交通量占每天調(diào)查時段內(nèi)總交通量的比例最小，大約占到9%～11%之間。調(diào)查期間其余各天的統(tǒng)計數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)相似特征，具體分布情況參見表3、圖1。

表2 各計數(shù)時段內(nèi)交通量統(tǒng)計表pcu時段交通量匯總23日24日25日10min1h10min1h10min1h07：00-07：1050576207：10-07：2072587307：20-07：3081779807：30-07：40959610307：40-07：50737910107：50-08：0099470734408251908：00-08：10825021024857653308：10-08：2081511865139155108：20-08：30127557905269054308：30-08：40805429552511155108：40-08：50935628553110555508：50-09：00985619755511658910：30-10：409413812410：40-10：5012514412910：50-11：0010612312511：00-11：1010011210511：10-11：2011610211111：20-11：309063110972811871211：30-11：409563214173114673411：40-11：508759411370011171611：50-12：00705589467110769812：00-12：101035617963810169412：10-12：20715161056417866112：20-12：3084510696018763012：30-12：40855001135738556912：40-12：50604731025628354112：50-13：00105508875559052413：00-13：10914961135897249513：10-13：2091516875717048713：20-13：3097529845868648617：00-17：10811176217：10-17：20981347317：20-17：3069849817：30-17：40779110317：40-17：50779010117：50-18：0072474886048252018：00-18：1086479905777653318：10-18：2067448805239155118：20-18：3050429675069054418：30-18：40443965547011155118：40-18：50383575243210555418：50-19：004132648392116589

表3 各觀測時段內(nèi)交通量比例匯總表時段2月23日2月24日2月25日07：00-08：000．1340．1130．13708：00-09：000．160．1420．15510：30-11：300．180．1870．18711：30-12：300．150．1540．16612：30-13：300．150．150．12717：00-18：000．1350．1540．1218：00-19：000．0910．10．108

圖1 各觀測時段內(nèi)交通量比例圖

高峰小時交通量及高峰小時系數(shù)：

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)表，工作日內(nèi)的高峰區(qū)間為10:40-11:40，高峰小時交通量為731 pcu/h，10 min時段內(nèi)統(tǒng)計所得最高交通量為144 pcu；非工作日內(nèi)的高峰區(qū)間為10:40-11:40，高峰小時交通量為734 pcu/h，10 min時段內(nèi)統(tǒng)計所得最高交通量為146 pcu。見表4。

表4 高峰交通量匯總表pcu類別高峰時段高峰小時交通量10min時段內(nèi)統(tǒng)計所得最高交通量工作日10：40-11：40731144非工作日10：40-11：40734146

根據(jù)高峰小時系數(shù)的定義，可用公式(1)來計算工作日和非工作日內(nèi)早晚兩個高峰時間段內(nèi)的高峰小時系數(shù)。

100%

即：PHF10=

(1)

工作日、非工作日高峰PHF10分別為85%，84%，從計算結(jié)果可看出，工作日早、晚高峰的高峰小時系數(shù)均高于非工作日。

2.2 交通量空間分布特征

2.2.1 交通流方向分布系數(shù)

通過對實測交通量數(shù)據(jù)進行分析整理，各個方向交通量匯總見表5。

表5 分方向交通量匯總表pcu日期交通量匯總由南往北由北往南2月23日175717602月24日213217762月25日20391772

交通量分布系數(shù)可用式(2)計算:

(2)

2月23日、2月24日、2月25日交通量方向分布系數(shù)Kd分別為50%、55%、54%，由此可得，通過橋梁的交通量方向分布系數(shù)大致在50%～60%之間，表明在兩個行車方向上，交通量的分布大體是相當?shù)摹?/p>

2.2.2 車道分布

由于本次調(diào)查某橋處于二級公路(雙向兩車道)，故而不存在同方向車道交通量的分布問題。

2.3 交通量的構(gòu)成特征

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，在調(diào)查時間段內(nèi)，各個調(diào)查時段內(nèi)客車、貨車、摩托車在總交通流中所占的比例大致相同，約為4∶3∶3。從一天內(nèi)調(diào)查所得交通總量的交通組成來看，客車、貨車、摩托車3種車型的比例也大概為4∶3∶3。具體組成特性參見表6、圖2。

表6 各車型交通量所占比例匯總?cè)掌诟鬈囆徒煌克急壤ν熊嚳蛙囏涇?月23日0260450292月24日0310410282月25日028044028

圖2 各觀測時段內(nèi)客車、貨車、摩托車交通量折線圖

3 《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》活載影響修正系數(shù)

活載影響修正系數(shù)用于考慮實際橋梁所受的汽車荷載與標準汽車荷載之間的差異。主要根據(jù)橋梁運營荷載的調(diào)查統(tǒng)計情況，從典型代表交通量、大噸位車輛混入率和軸荷分布情況3個方面進行綜合修正考慮。

3.1 典型代表交通量影響修正系數(shù)

根據(jù)《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》(7.7.7)條，交通量影響修正系數(shù)ξq1按表7進行內(nèi)插計算。

表7 交通影響修正系數(shù)ξq1Qm/Qdξq11

該橋位于省道上(二級公路)，設(shè)計交通量Qd=550 pcu/h，典型代表交通量由上計算Qm=734 pcu/h，可得Qm/Qd=1.33，查表7，ξq1=1.054。

3.2 大噸位車輛混入影響修正系數(shù)

根據(jù)《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》(7.7.7)條，大噸位車輛混入影響修正系數(shù)ξq2按表8進行內(nèi)插計算。

表8 大噸位車輛混入影響修正系數(shù)ξq2αξq2αξq2α<03[10，105)05≤α<08[11，12)03≤α<05[105，11)08≤α<10[12，135) 注：α為大噸位車輛混入率。

根據(jù)實際交通量調(diào)查數(shù)據(jù)，α=0.35，查表8，ξq2=1.063。

3.3 軸荷分布影響修正系數(shù)

根據(jù)《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》(7.7.7)條，軸荷分布影響修正系數(shù)ξq3按表9進行內(nèi)插計算。

表9 軸荷分布影響修正系數(shù)ξq3βξq3βξq3β<5%1015%≤β<30%1305%≤β<15%115β≥30%140 注：β實際調(diào)查軸荷分布中軸重超過14t所占的百分比。

根據(jù)實際交通量調(diào)查數(shù)據(jù)，β=10%，查表9，ξq3=1.15。

依據(jù)實際調(diào)查的典型代表交通量、大噸位車輛混入率和軸荷分布情況，結(jié)合上文計算數(shù)據(jù)，活載影響修正系數(shù)：

1.088。

4 交通服務(wù)水平分析

為了說明公路交通負荷狀況，以交通流狀態(tài)為劃分條件，將服務(wù)水平劃分為四級。道路飽和度是反映道路服務(wù)水平的重要指標之一，其計算公式即為通常的V/C，其中V為最大交通量，C為最大通行能力。其值越高，說明道路服務(wù)水平越低。

各級公路設(shè)計采用的服務(wù)水平參見《公路工程技術(shù)標準》2.0.4條。二級公路按三級服務(wù)水平設(shè)計，對應(yīng)的V/C比在0.64～0.35之間，同時考慮行車道寬度對通行能力的影響，其設(shè)計通行能力的取值見表10。

表10 二、三、四級公路設(shè)計通行能力公路等級設(shè)計速度/(km·h-1)基本通行能力/(pcu·h-1)不準超車區(qū)/%V/C比設(shè)計通行能力/(pcu·h-1)802500(9．0m)<300．64二級公路601400(7．0m)30～700．48500～1600401300(7．0m)>700．42三級公路401300(7．0m)<300．54400～700301200(6．5m)>700．35四級公路20<1200(<6．5m)>70<0．35小于400 注：括號內(nèi)值為車道寬度。

雙車道一般公路路段通行能力：

車行道最大服務(wù)交通量可按式(3)計算：

MSVi=CB(V/C)i

(3)

車行道的設(shè)計通行能力可按式(4)計算：

CD=MSVi·fs·fd·fw·fT·fL

(4)

所調(diào)查橋梁為雙向兩車道，按三級公路的服務(wù)水平設(shè)計，其通行能力為 1500pcu/h，而通道調(diào)查所得最大交通量為734pcu/h。所以V/C為0.49，根據(jù)規(guī)范，屬于一級服務(wù)水平，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

通過對省道某橋的交通量的調(diào)查及分析，得出工作日高峰小時交通量為731 pcu/h；非工作日高峰小時交通量為734 pcu/h； 工作日高峰小時系數(shù)約為0.85，非工作日高峰小時系數(shù)約為0.84；工作日和非工作日高峰小時出現(xiàn)在10:40-11:40間。工作日和非工作日交通量方向分布系數(shù)大致在50%～60%之間，由南向北方向交通量略大。

工作日和非工作日交通組成的比例略有不同。工作日：客車、貨車、摩托車的比例大約為4∶3∶3；非工作日：客車、貨車、摩托車的比例大約為4.4∶2.8∶2.8。

依據(jù)實際調(diào)查的典型代表交通量、大噸位車輛混入率和軸荷分布情況，該橋活載影響修正系數(shù)ξq=1.088。

某橋在交通管制條件下飽和度為0.49，屬于一級服務(wù)水平，滿足規(guī)范要求。

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