bài 2 những yêu cầu cơ bản giao thông đô thị

■ Để có một phương pháp khai thác đường sá có hiệu quả nhất, bảo đảm thuận loiự, an toàn trong giao thông với tải trọng và lưu lượng xe thiết kế với chi phí ít nhất thì phải nghiên cứu m

GIAO THOÂNG

BÀI 2 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ

NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ TỔ CHỨC XE LƯU

THƠNG

TRÊN ĐƯỜNG PHỐ

■ Xe lưu thơng trên đường khơng được vượt qua tốc độ cho phép của tuyến đường quy định

■ Xe lưu thơng theo nguyên tắc tay phải Nếu xe lưu thơng với vận tốc cao thì phải lưu thơng trên tuyến một chiều

■ Xe cĩ vận tốc lớn chạy ngồi, xe vận tốc nhỏ chạy sát vỉa hè, xe điện bánh hơi chạy ở làn gần vỉa hè

■ Nếu trên đường cĩ mật đợ xe thơ sơ, xe gắn máy đơng thì chỉ được chạy ở làn xe sát vỉa hè

■ Khi xe vượt thì vượt bên tay trái và cĩ đủ tầm nhìn với vận tốc vượt khơng được quá vận tốc cho phép của tuyến đường

■ Bộ hành qua đường phải đúng chỗ quy định

■ Khi cĩ nhiều làn xe vận chuyển cùng chiều, khi đến trước ngã giao phải theo dõi chỉ dẫn trên mỗi làn xe (cách ngã giao nhau khoảng 100m, ký hiệu chỉ rẽ phải, rẽ trái và đi thẳng)

■ Đến nút giao thơng giảm tốc độ chú ý hướng dẫn và đèn tín hiệu, v.v…

TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC YẾU TỐ

CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI

■ Khai thác vận tải ôtô là một khao học nhằm sử dụng một cách hợp lý và tốt nhất ôtô và đường ôtô để phục vụ chuyên chở hàng hoá và hành khách

■ Để có một phương pháp khai thác đường sá có hiệu quả nhất, bảo đảm thuận loiự, an toàn trong giao thông với tải trọng và lưu lượng

xe thiết kế với chi phí ít nhất thì phải nghiên cứu một cách tổng hợp quá trình tương tác giữa các yếu tố lập thành hệ thông khai thác vận tải ôtô

■ Có thể xem sơ đồ của hệ thống khai thác vận tải ôtô gồm bốn khối: người lái xe – ôtô – môi trường bên ngoài – đường

■ Bốn hệ thống nhỏ chủ yếu của cơ cấu hệ thống khai thác vậ tải ôtô gồm có:

◆ Môi trường bên ngoài - Người lái xe

◆ Người lái xe – ôtô

◆ ôâtô – đường

◆ Môi trường bên ngoài – đường

◆ Đường – ôtô

◆ Ôtô – người lái xe

◆ Môi trường bên ngoài - ôtô

HỆ THỐNG NHỎ : ÔTÔ – ĐƯỜNG

■ Đây là mô hình cơ học của quá trình vận chuyển Điều cần chú ý đặc biệt trong hệ thống nhỏ này là sự tác dụng tương hỗ giữa ôtô với mặt đường thông qua bệ xe và bánh xe Khi ôtô chạy, bánh xe sẽ tác dụng lên mặt đường làm phát sinh trạng thái ứng suất trong kết cấu mặt đường và thân nền đường, làm ảnh hưởng đến cường độ và độ bền vững của kết cấu mặt đường

■ Nghiên cứu hệ thống nhỏ này giúp chúng ta phân tích được các nguyên nhân sinh ra các loại biến dạng khác nhau trong kết cấu mặt đường, xác đinh được cường độ của mặt đường và tìm được các biện pháp khác nhau như duy tư tưởng, sửa chữa để giữ vững chất lượng và mỹ quan của đường

LỰC CẢN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG

■ Điều kiện cần để xe chuyển động trên đường là phải thắng được tất cả các lực cản :

■ Khi ôtô chuyển động trên đường chịu các lực cản như sau:

◆ Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe; ký hiệu là Pf

◆ Lực cản của không khí lên thân xe; ký hiệu là Pw

◆ Lực cản leo dốc (khi đường dốc); ký hiệu là Pi

◆ Lực cản quán tính (lực cản gia tốc); ký hiệu là Pj

Bê tông xi măng và BT nhựa

Đá dăm đen, mặt đường tráng

Đường đất khô và bằng phẳng

Đường đất ẩm không bằng phẳng

Đường cát khô rời rạc

0,04 - 0,05

0,07 - 0,15 0,15 - 0,30

SỨC CẢN KHƠNG KHÍ P w

■ Là lực cản do những yếu tố sau đây tạo nên:

◆ Aùp lực của khơng khí với mặt trước của thân xe

◆ Lực ma sát của khơng khí với mặt ngồi thân xe

◆ Lực hút chân khơng hình thành sau thân xe

SỨC CẢN KHÔNG KHÍ P w

■ Theo nguyên lý của động lực học, Pw được tính theo công thức sau:

■ Trong đó:

◆ k : hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào loại xe: ô tô tải k = 0,06 – 0,07; ô

tô buýt k = 0,04 – 0,06; xe con k = 0,025 – 0,035

◆ F : diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô).

 F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô).

◆ V : vận tốc xe chạy, km/h.

W

2

kFV P

3~6

4 ~ 6,5 1,5 ~ 2,6 1,5 ~2,0

LỰC CẢN XE LÊN DỐC Pi

■ Khi xe chuyển động lên dốc, xe chịu sự tác động của Pi như hình vẽ Xe chuyển động được thì phải khắc phục được Pi chủ yếu do trọng lượng thân xe gây ra

■

LỰC CẢN QUÁN TÍNH Pj

■ Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc Khi xe tăng tốc thì lực quán tính này cản trở sự chuyển động của ô tô Bao gồm sức cản quán tính

do chuyển động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô Do đó ta có:

■ Trong đó:

◆ m – khối lượng của ô tô;

◆ G – trọng lượng của ô tô,

◆ g – gia tốc trọng trường;

◆ v – tốc độ xe chạy,

◆ t – thời gian;

◆ δ - hệ số kể đến sức cản quán tính của các bộ phận quay

◆ Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc

dt

dv g

G dt

dv mδ

P j = ± = ± δ

LỰC KÉO XE Pa

■ Được tạo ra do động cơ của xe và phát sinhở mặt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

■ Lực kéo Pa sinh ra nhằm khắc phục các loại lực cản giúp cho xe chuyển động

■ Khi nhiên liệu trong động cơ bị đốt cháy chuyển hóa thành 1 công năng có công suất hiệu dụng N, công suất này tạo nên một mômen quay tại trục khuỷu của động cơ Ta có quan hệ :

75 M.w

 Trong đó w : vận tốc góc của trục khuỷu của động cơ có liên hệ với số vòng quay của động cơ, n vòng/phút như sau :

r Mk

T Pa

75.60 w

N 75

π

n

N 716,2

LỰC KÉO XE Pa

■ Mô men quay tại trục khuỷu còn nhỏ, tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng được cần qua hộp số để tạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sản sinh ra một ngoại lực (lực kéo ở điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường), bằng về trị số và trái chiều với phản lực của đường T Lực kéo đó xác định như sau :

η r

.i

M.i r

M

P

k

0 k

k

k

LỰC KÉO XE Pa

η r

.i

M.i r

M

P

k

0 k

k

k

Trong đó :

M : mômen quay của trục khuỷu của động cơ.

ik : tỉ số truyền động của hộp số (thay đổi theo từng số).

i0 : tỉ số truyền động cơ bản không thay đổi, có trong bảng thông số kỹ thuật của xe.

rk : bán kính bánh xe chủ động có xét tới biến dạng.

h : hiệu suất truyền động, có trong bảng thông số kỹ thuật của xe.

Với xe tải, xe bus : h = 0,8 – 0,85 Với xe con : h= 0,85 – 0,9

rk phụ thuộc áp lực hơi, cấu tạo lốp xe và tải trọng trên bánh xe, thường rk

= (0,93 – 0,96) r

LỰC KÉO XE Pa

Gọi nk số vòng quay của bánh xe chủ động ,

0 k

.i

N.i 716,2.

PHƯƠNG TRÌNH XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG

■ Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản sinh ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên đường, do vậy phương trình chuyển động của ô tô là:

kFV 13

PHƯƠNG TRÌNH XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG

■ Khi xe chuyển động đều thì dv /dt = o khi đó: D = f ± i

■ Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường

■ Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó

Ý NGHĨA CỦA BIỂU ĐỒ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC

■ Nếu biết tổng sức cản do điều kiện đường gây ra f ± i thì theo điều kiện (2.2), nhờ biểu đồ nhân tố động lực ta có thể nhanh chóng tìm được tốc độ đều lớn nhất tương ứng của ô tô Ngược lại, nếu muốn ô tô chạy được với tốc độ thiết kế đã định thì cũng có thể xác định được điều kiện đường tương ứng thông qua biểu đồ đó Biểu đồ này cũng cho thấy khi điều kiện đường thay đổi thì khi chuyển động, ô

tô phải chuyển về các chuyển số tương ứng

SỨC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG

■ Xét một bánh xe chủ động như hình vẽ, nếu tại điểm tiếp xúc A không có phản lực T của đường tác dụng vào lốp xe thì bánh xe sẽ quay tại chỗ, xe không chuyển động được Phản lực T có được là do sức bám giữa lốp xe với mặt đường

■ Lực bám T là một lực bị động, nghĩa là khi có lực tác dụng của bánh xe vào mặt đường (chính là lực kéo Pk) thì đường mới tác dụng trở lại bánh xe một lực là T Do vậy nếu giữa bánh xe và mặt đường có đủ sức bám thì luôn luôn có T = Pk Nếu sức kéo Pk càng lớn thì T càng lớn Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một nhân tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà chỉ tăng đến một trị số nhất định là Tmax, tức là sức bám lớn nhất

SỨC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG

■ Nếu Pk > Tmax thì tại điểm A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính Do vậy sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một điều kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm bảo an toàn chạy xe

■ Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất Tmax tỉ lệ thuận với trọng lượng trục xe chủ động Gk

■ Do đó, trong thiết kế đường, để đảm bảo ổn định và an toàn cho xe chạy thì việc tăng hệ số bám ϕ có ý nghiã rất quan trọng

■ Điều kiện cần và đủ để ô tô chuyển động được trên đường là:

Σ Pcản ≤ Pk ≤ Tmax

CHIỀU DÀI HÃM XE

■ Là tình huống nguơiø lái xe phát hiện chướng ngại vật hay nguy hiểm thì phải giảm tốc độ hay cho xe dừng khẩn cấp để tránh tai nạn Chiều dài hãm xe là điều kiện quan trọng trong thiết kế đường nhằm đảm bảo an toàn cho người và phương tiện lưu thông trên đường

■ Quy trình trên được phân tích : lái xe phát hiện ra chướng ngại vật mất một thời gian (t1 = 1~1,5 giây) và xe đã chạy đi một đoạn

đường l1 = vt (v tính bằng m/s) Người lái xe thắng giảm tốc độ, xe vẫn chạy đi một đoạn:

■

■ k: hệ số an toàn k = 1.2 đối với xe con; k = 1.3 ~ 1.4 đối với xe tải và xe bus

■ Để đảm bảo an toàn, các bộ phận của xr phải luôn ở trạng thái tốt, mặt đường có độ nhám nhất định, phải được thường xuyên bảo

dưỡng va được giữ sạch, khô…

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI ĐƯỜNG PHỐ

■ Đảm bảo được năng lực vận tải

■ Đường phố và các công trình phải đảm bảo vẻ đẹp mỹ quan, tầm nhìn cho lái xe

■ Thiết kế hợp lý các đoạn đường cong và ngã giao nhau

■ Đảm bảo chiếu sáng tốt và thoát nước kịp thời khi gặp mưa, có độ bám giữa bánh xe với mặt đường tốt

◆ Ghi chú : Tầm nhìn cho người lái xe : là khoảng cách tối thiểu để người lái

xe kịp thời xử lý an toàn, nhất là các đoạn đường cong, dốc Tầm nhìn giúp người lái xe thấy được trước các chướng ngại vật hay nguy hiểm để

có các xử lý tình huống cho hợp lý để đảm bảo an toàn

◆ Trở ngại đối với tầm nhìn có thể xảy ra ở chỗ đường vòng trên bình đồ hoặc cũng có thể xảy ra ở những chỗ đỉnh dốc lồi trên trắc dọc

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG

Vùng cản trở tầm nhìn Tim đường Qũy đạo xe chạy

Vùng cản trở tầm nhìn a)

b)

TẦM NHÌN XE CHẠY S2

■ Theo sơ đò này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và kịp dừng lại trước nhau một cách an toàn

■ Theo hình vẽ trên:

■ Trong đó:

◆ l1, l2: là khoảng cách phảng ứng tâm lý của tài xế

◆ l3, l4: chiều dài đoạn hãm xe

◆ lo: chieuà dài khoảng dừng xe an toàn (5 ~ 10m)

TẦM NHÌN XE CHẠY S2

■ Khi đó, công thức tính S2:

■ Trường hợp hai xe chạy cùng tốc độ, một xe lên dốc, một xe xuống dốc:

■ Đơn giản, người ta có thể dùng: S2 = 2.S1

ϕ ϕ

−

TẦM NHÌN XE CHẠY S3

■ Hai xe gặp nhau trên cùng một làn xe, một xe phải chuyển làn để tránh xe và sau đó quay lại làn xe ban đầu

■ Công thức tính S3

■ Trong đó:

◆ Lpu: chiều dài đoạn phản ứng tâm lý

◆ L2: chiều dài xe 1 chạy được để tránh xe 2

3 1 2 0 3 2

S = l pu + + + + l l l l pu ( ) m

S3

2 2

TẦM NHÌN XE CHẠY S3

◆ a: khoảng cách giữa trục các làn xe (m) Thông thường, chọn a = 4m

◆ r: bán kính quỹ đạo xe chạy, có thể xác định theo điều kiện ổn định không trượt ngang

◆ L3: đoạn đường xe 2 đi trong thời gian xe 1 tránh

■ Vậy:

1

2 2

( ); (0.6 ~ 0.7) ( n )

v

TẦM NHÌN XE CHẠY S4

■ Hai xe chạy cùng chiều, một xe muốn vượt lên chuyển làn để vượt xe kia và sau đó quay về làn xe ban đầu

■ S4 được tính theo công thức:

■ Ta giả thiết: xe 1 bắt đầu vuợt thì khoảng cách giữa 2 xe là S1-S2 (là hai chiều dài hãm xe) Sau một thời gian xe 1 chạy đoạn đường l2 , xe 1 đuổi kịp xe 2:

l3

l2 l2'

S4

3 3

TẦM NHÌN XE CHẠY S4

■ Khi xe 1 vượt xe 2 rồi quay lại về làn xe cũ thì chạy được một đoạn đường 2.l2, cùng lúc đó, xe 2 chạy được đoạn l3:

■ Theo tính toán của sơ đò này, xe được phép chạy liên tục, không dừng

■ Trên đây là 4 sơ đồ tính toán tầm nhìn chủ yếu, sơ đồ tầm nhìn được sử dụng cho từng trường hợp tính toan thiết kế cụ thể Sơ đồø tính S1

và S2 được sủ dụng nhiều hơn cả

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

■ Khi xe chạy trong đường cong, tại trọng tâm của ơ tơ chịu tác dụng của lực ly tâm và trọng lượng bản thân của ơ tơ

■ Tầm nhìn trên đường cong nằm được kiểm tra đối với các ơ tơ chạy trên làn xe phía bụng đường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độ cao cách mặt đường 1,2m (tương ứng với trường hợp xe con)

4 1'

2'3'4'

Đường giới hạn nhìnQuỹ đạo xe chạy

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

■ Xe chạy mất an toàn dưới tác dụng của lực ly tâm, bên cạnh đó còn có vấn đề về tầm nhìn trong đường cong Cho nên, phải tiến hành giải quyết các vấn đề sau:

◆ Thực hiện bố trí siêu cao để đảm bảo an toàn xe chạy

◆ Trong đó:

 io: độ dốc ngang mặt đường đối với mặt đường hai mái, dùng –io khi xe

chạy ỏ mái đường ngoài và dùng +io khi xe chạy ơ mái đường phía trong

 Và : hệ số lực đẩy ngang Càng lớn, xe càng mất ổn định Cho

nên, chọn R chính là chọn sao cho đảm bảo xe chạy an toàn và kinh tế

Hình 2 – 10

* Xe chạy trong đường cong yêu cầu bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳng thì mới chạy được bình thường

Nên tận dụng bố trí mở rộng phía bụng đường cong Trường hợp cần thiết có thể bố trí phía lựng hoặc bố trí một phần phía lưng và một phần phía bụng.

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

■ Sử dụng phương pháp giải tích để tính tốn khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn ngay tại giữa đường cong

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

Đường giới hạn nhìn Quỹ đạo xe chạy

K

■ Xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn tại điểm chính giữa đường cong z Trong phạm vi đường cong trịn, đường giới hạn nhìn

vẽ theo đường trịn cách quỹ đạo xe chạy một khoảng cách là z Từ hai đầu của đường cong, kéo dài về hai phía mỗi bên một đoạn bằng S trên quỹ đạo xe chạy Từ hai điểm cuối của hai đoạn thẳng này vẽ đường thẳng tiếp xúc với đường trịn trên ta sẽ cĩ đường giới hạn nhìn như hình vê trên

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

Quỹ đạo xe chạy

K

D E H

■ Xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn z, có hai trường hợp:

■ - Khi chiều dài đường cong K nhỏ hơn cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11a)

( 2

1 2

/

FM AF

1 2

cos 1

TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG BẰNG

VẬN TỐC

■ Vận tốc là một yếu tố quan trọng trong tính toán thiết kế giao thông, là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phục vụ của đường

■ Trong thiết kế và quản lý khai thác ta phân vận tốc ra thành các loại :

◆ Vận tốc thiết kế (Vtk)

 Vận tốc thiết kế là vận tốc lớn nhất xe có thể đạt trong điều kiện thuận

lợi nhất; không ảnh hưởng điều kiện chủ quan Vận tốc thiết kế là vận tốc lý thuyết chỉ dùng làm số liệu thiết kế, được quy định theo từng cấp hạng đường và tra theo bảng của quy trình

◆ Vận tốc trung bình (Vtb)

 Là vận tốc thực tế xe chạy trên đoạn đường từ A đến B, không kể thời

gian xe dừng lại ở các trạm đỗ dọc đường

◆ Vận tốc vận chuyển (Vvc)

 Là vận tốc thực tế xe chạy từ trạm đầu đến cuối có kể cả thời gian dừng xe ở các trạm đỗ

VẬN TỐC THIẾT KẾ

◆ Vận tốc sử dụng (Vsd)

 Là vận tốc mà xe chạy từ trạm đầu đến cuối, cộng với thời gian dừng

ở trạm gốc, dừng lại ở các trạm đỗ dọc đường.