Giáo trình Kỹ thuật giao thông: Phần 1 - Trường ĐH Giao thông Vận tải

Giáo trình Kỹ thuật giao thông: Phần 1 gồm có 2 chương, cung cấp cho người học những kiến thức như: Lý thuyết cơ bản của dòng xe; Lý thuyết xác suất thống kế trong phân tích dòng xe. Mời các bạn cùng tham khảo!

LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “Kỹ thuật giao thơng” đƣợc biên soạn để phục vụ cho chƣơng trình giảng dạy đại học thuộc chuyên ngành Kỹ thuật giao thông đƣờng theo đề cƣơng đƣợc phê duyệt Trƣờng Đại học Giao thơng Vận tải Ngồi ra, tài liệu tham khảo cho sinh viên thuộc chun ngành khác Khoa Cơng trình Cán kỹ thuật sản xuất thuộc chuyên ngành Đƣờng Giáo trình đƣợc biên soạn dựa tài liệu tham khảo có cập nhật kiến thức thuộc lĩnh vực Kỹ thuật giao thơng đƣờng ngồi nƣớc, đặc biệt tài liệu Quốc gia phát triển nhƣ Mỹ Cộng hòa liên bang Đức Nội dung giáo trình bao gồm chƣơng chứa đựng kiến thức lĩnh vực Kỹ thuật giao thơng đƣờng bộ: (i) Lý thuyết dịng xe; (ii) Lý thuyết xác suất thống kế phân tích dịng xe; (iii) Khả thơng qua mức phục vụ đƣờng nút giao thông mức; (iv) Thiết kế tổ chức đỗ xe Mỗi chƣơng có ví dụ minh họa cụ thể để làm sáng tỏ thêm nội dung lý thuyết Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Bùi Xuân Cậy, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, ThS Trần Việt Yên thầy, cô giáo thuộc môn Đƣờng Bộ Trƣờng Đại học Giao thông Vận tải đọc cho nhận xét bổ ích để tác giả bổ sung, sửa chữa hồn thiện giáo trình Đây lần giáo trình đƣợc biên soạn xuất thức để phục vụ cho chuyên ngành “Kỹ thuật giao thông đƣờng bộ” Trƣờng Đại học Giao thơng Vận tải, chắn khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp bạn đọc để lần xuất sau giáo trình đƣợc hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi TS Đỗ Quốc Cƣờng, Giảng viên Bộ môn Đƣờng bộ, khoa Cơng trình, Trƣờng Đại học Giao thơng Vận tải, số phố Cầu Giấy, phƣờng Láng Thƣợng, quận Đống Đa, thành phố Hà Nội Điện thoại: 04 37664531; Email: dqcuongdb@utc.edu.vn Hà Nội, tháng 10 năm 2015 TÁC GIẢ KTGT.DBO * * KTGT.DBO MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA DÒNG XE 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE ĐƠN CHIẾC 1.2.1 Phƣơng trình chuyển động xe đƣờng 1.2.2 Tính tốn mơ tả q trình chuyển động xe 16 1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DÕNG XE 31 1.4 PHƢƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA DÕNG XE VÀ MỐI QUAN HỆ CƠ BẢN GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA DÕNG XE 42 1.4.1 Phƣơng trình liên tục dịng xe 42 1.4.2 Quan hệ mật độ vận tốc dòng xe 43 1.4.3 Quan hệ lƣu lƣợng vận tốc dòng xe 47 1.5 MƠ HÌNH DÕNG GIAO THƠNG 50 1.5.1 Mơ hình vi mơ 51 1.5.2 Mô hình vĩ mơ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 61 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 62 CHƢƠNG LÝ THUYẾT XÁC SUẤT - THỐNG KÊ TRONG PHÂN TÍCH DỊNG XE 63 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 63 2.2 PHÂN BỐ DÕNG XE ĐẾN 63 2.3 PHÂN BỐ QUÃNG THỜI GIAN TRỐNG TRONG DÕNG XE 69 2.4 PHÂN BỐ VẬN TỐC 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 77 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 78 CHƢƠNG 3: KHẢ NĂNG THÔNG QUA VÀ MỨC PHỤC VỤ CỦA ĐƢỜNG VÀ NÚT GIAO THÔNG CÙNG MỨC 79 3.1 KHẢ NĂNG THÔNG QUA VÀ MỨC ĐỘ PHỤC VỤ CỦA ĐƢỜNG 79 3.1.1 Khái niệm chung 79 3.1.2 Phƣơng pháp HCM 2010 cho đƣờng cao tốc 82 3.1.2.1 Giới thiệu chung 82 3.1.2.2 Mức phục vụ tiêu đánh giá mức phục vụ 82 3.1.2.3 Điều kiện sở (lý tƣởng) 85 3.1.2.4 Các bƣớc tính tốn 87 3.1.2.5 Các ví dụ tính tốn 94 KTGT.DBO * 3.1.3 Phƣơng pháp HCM 2010 cho đƣờng xe 108 3.1.3.1 Giới thiệu chung 108 3.1.3.2 Điều kiện sở (lý tƣởng) 110 3.1.3.3 Khả thông qua mức phục vụ 111 3.1.3.4 Các bƣớc tính tốn 112 3.1.3.5 Các ví dụ tính tốn 136 3.2 NƯT GIAO THƠNG TỔ CHỨC THEO LUẬT ĐƢỜNG ƢU TIÊN VÀ ĐƢỜNG KHÔNG ƢU TIÊN 146 3.2.1 Qui tắc giao thông nút 148 3.2.1.1 Nút giao ngã ba, ngã tƣ có biển báo đƣờng ƣu tiên 148 3.2.1.2 Nút giao hình xuyến có biển báo đƣờng ƣu tiên 149 3.2.2 Chất lƣợng dịng giao thơng 149 3.2.2.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng dịng giao thơng 149 3.2.2.2 Các mức chất lƣợng dịng giao thơng 150 3.2.3 Các thông số ảnh hƣởng 151 3.2.3.1 Thành phần dòng xe 151 3.2.3.2 Dòng ƣu tiên 151 3.2.4 Khả thông qua nút giao ngã ba ngã tƣ 153 3.2.4.1 Khả thông qua sở 153 3.2.4.2 Khả thông qua dòng ƣu tiên thứ 158 3.2.4.3 Khả thông qua ƣu tiên thứ thứ 158 3.2.4.4 Khả thông qua hỗn hợp 162 3.2.4.5 Nút giao thông kép 169 3.2.5 Khả thơng qua nút giao thơng hình xuyến 176 3.2.6 Đánh giá dịng giao thơng 179 3.2.6.1 Khả thông qua dự trữ thời gian chờ 179 3.2.6.2 Đánh giá chất lƣợng dòng giao thông 181 3.2.6.3 Kiểm tra chiều dài hàng chờ 181 3.2.7 Tóm tắt bƣớc tính tốn biểu mẫu tính tốn 183 3.2.7.1 Các bƣớc tính tốn 183 3.2.7.2 Các biểu mẫu tính tốn 185 3.2.8 Ví dụ tính tốn 197 3.2.8.1 Ví dụ 1: Đánh giá nút ngã 197 3.2.8.2 Ví dụ 2: Đánh giá nút giao ngã 200 3.2.8.3 Ví dụ 3: Đánh giá nút giao thơng hình xuyến 204 3.2.8.4 Ví dụ 4: Đánh giá nút giao thông kép 207 3.3 NƯT GIAO THƠNG TỔ CHỨC BẰNG ĐÈN TÍN HIỆU 212 3.3.1 Giới thiệu chung 212 * KTGT.DBO 3.3.2 Lƣu lƣợng xe thiết kế 217 3.3.3 Chất lƣợng dịng giao thơng 217 3.3.3.1 Chỉ tiêu chất lƣợng dịng giao thơng 217 3.3.3.2 Các mức chất lƣợng dịng giao thơng 218 3.3.4 Tính tốn kỹ thuật giao thông cho nút đơn 219 3.3.4.1 Thời gian đèn vàng 219 3.3.4.2 Pha phân pha tín hiệu 224 3.3.4.3 Tính tốn thời gian chuyển pha 226 3.3.4.4 Dòng bão hòa khả thông qua xe 230 3.3.4.5 Thời gian chu kỳ đèn 237 3.3.4.6 Thời gian đèn xanh 239 3.3.4.7 Thời gian chờ trung bình 240 3.3.4.8 Tính tốn số lƣợng xe phải dừng nhánh nút 248 3.3.4.9 Độ bão hòa 249 3.3.4.10 Tính tốn cho dòng xe rẽ 251 3.3.4.11 Những trƣờng hợp đặc biệt 256 3.3.4.12 Xác định chiều dài xe 261 3.3.4.13 Khả thông qua nút 265 3.3.4.14 Xác định kích thƣớc nút giao thơng tổ chức đèn tín hiệu 266 3.3.5 Tóm tắt bƣớc tính tốn biểu mẫu tính tốn 268 3.3.5.1 Các bƣớc tính tốn 268 3.3.5.2 Các biểu mẫu tính toán 269 3.3.6 Ví dụ tính tốn 275 3.3.6.1 Ví dụ 1a: Nút giao thông ngã loại lớn (giờ cao điểm buổi sáng) 275 3.3.6.2 Ví dụ 1b: Nút giao ngã loại lớn (giờ bình thƣờng) 283 3.3.6.3 Ví dụ 2: Nút giao ngã loại nhỏ (giờ bình thƣờng) 287 3.4 KHẢ NĂNG THÔNG QUA VÀ MỨC PHỤC VỤ CỦA ĐƢỜNG ĐI BỘ VÀ ĐƢỜNG XE ĐẠP 292 3.4.1 Đƣờng xe đạp 292 3.4.2 Đƣờng 295 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 303 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 305 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC ĐỖ XE 310 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 310 4.2 TÍNH TỐN NHU CẦU ĐỖ XE 310 4.2.1 Phân tích giao thơng tĩnh 310 KTGT.DBO * 4.2.1.1 Thu thập số chỗ đỗ xe có 311 4.2.1.2 Khái niệm nhu cầu đỗ xe 311 4.2.1.3 Phƣơng pháp khảo sát nhu cầu đỗ xe 314 4.2.1.4 Tính tốn số lƣợng đỗ từ đồ thị giao thơng đến 318 4.2.1.5 Tính tốn số lƣợng đỗ từ đồ thị giao thông đến phân bố khoảng thời gian đỗ 321 4.2.2 Dự báo giao thông tĩnh 327 4.2.2.1 Nhu cầu đỗ xe tƣơng lai 327 4.2.2.2 Xác định số chỗ đỗ xe tƣơng lai 330 4.3 THIẾT KẾ ĐỖ XE 330 4.3.1 Cơ sở thiết kế 330 4.3.1.1 Kích thƣớc xe 331 4.3.1.2 Kiểu đỗ 331 4.3.1.3 Kích thƣớc chỗ đỗ xe 332 4.3.1.4 Bề rộng đƣờng xe chạy bãi đỗ 333 4.3.2 Thiết kế đỗ xe đƣờng 336 4.3.3 Thiết kế bãi đỗ xe nhà đỗ xe 339 4.3.3.1 Thiết kế bãi đỗ xe 339 4.3.3.2 Thiết kế nhà đỗ xe 343 4.3.4 Sử dụng vận hành cơng trình đỗ xe 348 4.4 TỔ CHỨC ĐỖ XE 353 4.4.1 Các giải pháp mang tính hạn chế 353 4.4.1.1 Cấm dừng, cấm đỗ 353 4.4.1.2 Cấm đỗ 354 4.4.1.3 Hạn chế thời gian đỗ 354 4.4.2 Các giải pháp liên quan đến phí đỗ xe 355 4.4.3 Sử dụng linh hoạt bãi đỗ xe 356 4.4.4 Hệ thống “Park and Ride” 356 4.4.5 Hệ thống dẫn hƣớng đỗ xe 357 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 362 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 363 * KTGT.DBO Chƣơng LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA DỊNG XE 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Nói chung, thuật ngữ dịng giao thơng đƣợc hiểu q trình chuyển động phƣơng tiện giao thông đƣờng bao gồm chuyển động đều, tăng tốc, giảm tốc, vƣợt xe, chuyển động cắt dịng, nhập dịng, tách dịng giao thơng hoạt động dừng xe, đỗ xe, chờ xe Theo đó, chuyển động tất xe đơn hình thành lên dịng xe thể đặc tính động dịng giao thơng Khi ngƣời tham gia giao thông mức độ tự họ có hành vi mang tính cá nhân Tuy nhiên, lƣợng ngƣời tham gia giao thơng tăng lên hạn chế mức độ tự Khi đó, ngƣời tham gia giao thơng phải quan sát bị ảnh hƣởng lẫn Hành vi mang tính tập thể đƣợc hình thành Hơn nữa, có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến ngƣời tham gia giao thơng (ví dụ thời tiết, qui tắc giao thông, hạ tầng giao thông) điều ảnh hƣởng đến tính phức tạp hành vi tham gia giao thơng Vì dịng giao thơng đƣợc đặc trƣng đặc tính: (i) tính đơn lẻ, (ii) tính tập thể, (iii) tính phức tạp Khi lƣợng ngƣời tham gia giao thơng lớn dịng xe đƣợc hình thành, để có nhìn đầy đủ ngƣời ta thƣờng thực khảo sát để nghiên cứu mơ tả dịng xe với hỗ trợ phƣơng pháp tốn học thống kê Để mơ tả dịng giao thơng ngƣời ta thƣờng phải sử dụng mơ hình Tùy thuộc vào mức độ tự dịng giao thơng mà ngƣời ta sử dụng mơ hình dịng ổn định mơ hình dịng ngẫu nhiên Với mơ hình dịng ổn định, tính ngẫu nhiên đƣợc bỏ qua tất ngƣời tham gia giao thông đƣợc gán hành vi giống Mơ hình có xu hƣớng an tồn cho xe dịng xe Trái lại, mơ hình ngẫu nhiên có xem xét yếu tố ngẫu nhiên Với mơ hình này, thơng số giao thơng tính thực tế đƣợc xem xét nhƣ thơng số ngẫu nhiên Mặc dù mơ hình ngẫu nhiên quan trọng có nhiều ý nghĩa nhƣng việc xử lý tốn học hầu nhƣ phức tạp Vì vậy, ngƣời ta thƣờng thực giải pháp mô Kiến thức nguyên lý chuyển động xe đơn tiền đề cho việc nghiên cứu mối quan hệ đại lƣợng dịng giao thơng xây dựng mơ hình dịng giao thơng Nội dung đƣợc giới thiệu phần dƣới 1.2 CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE ĐƠN CHIẾC 1.2.1 Phƣơng trình chuyển động xe đƣờng Để mô tả chuyển động xe đơn ngƣời ta sử dụng nguyên lý chuyển động chất điểm đƣờng thẳng Giả sử coi quãng đƣờng s nhƣ đại lƣợng phụ thuộc vào thời gian t, s = f(t) = s(t) đại lƣợng khác dƣới đƣợc xác định (hình 1.1): KTGT.DBO *  Tốc độ theo thời gian v(t) thay đổi quãng đƣờng đơn vị thời gian: vt ds  tan  dt (1.1)  Gia tốc theo thời gian a(t) thay đổi tốc độ đơn vị thời gian: a t dv  tan  dt (1.2)  Độ tăng gia tốc theo thời gian k(t) thay đổi gia tốc đơn vị thời gian: k t da  tan  dt (1.3) a) Đồ thị quãng đường – thời gian 1 b) Đồ thị vận tốc – thời gian c) Đồ thị gia tốc – thời gian Hình 1.1 Đồ thị mô tả chuyển động xe 10 * KTGT.DBO Với điều kiện biên ban đầu t0, s0, v0 a0 ta nhận đƣợc kết thời điểm t nhƣ sau: - Quãng đƣờng theo công thức (1.1) là: t s(t) = s0 + ∫ v(t) dt (1.4) t0 - Vận tốc theo công thức (1.2) là: t v(t) = v0 + ∫ a(t) dt (1.5) t0 - Gia tốc theo công thức (1.3) là: t a(t) = a0 + ∫ k(t) dt (1.6) t0 Thay công thức (1.5) vào cơng thức (1.4) ta có qng đƣờng: t t s(t) = s0 + ∫ v0 dt + ∬ a(t) dt.dt t0 (1.7) t0 Thay công thức (1.6) vào cơng thức (1.5) ta có vận tốc: t t v(t) = v0 + ∫ a0 dt + ∬ k(t) dt.dt t0 (1.8) t0 Thay công thức (1.8) vào công thức (1.4) ta lại có quãng đƣờng nhƣ sau: t t t s(t) = s0 + ∫ v0 dt + ∬ a0 dt.dt + ∭ k(t) dt.dt.dt t0 t0 (1.9) t0 Nếu xem vận tốc nhƣ đại lƣợng độc lập, ta có: dv dt Do ta nhận đƣợc quan hệ thời gian – vận tốc: a(v) = v t(v) = t0 + ∫ v0 dv a(v) (1.10) KTGT.DBO * 11 Từ: dv ds dv = v ds dt ds ta nhận đƣợc quan hệ quãng đƣờng – vận tốc: a(v) = v s(v) = s0 + ∫ v0 v.dv a(v) (1.11) Các công thức từ (1.4) đến (1.11) thể trình chuyển động xe đơn Đơn vị đại lƣợng công thức: s [m]; t [s]; v [m/s]; a [m/s2]; k [m/s3] Nếu tính vận tốc V theo đơn vị km/h thay: v = V/3.6 a) Chuyển động Chuyển động trƣờng hợp đơn giản nhƣng lại trƣờng hợp quan trọng mà xe chạy với tốc độ khoảng thời gian nghiên cứu (hình 1.2) Theo trƣờng hợp ta có k(t) = a(t) = v(t) = v0 = const Từ cơng thức (1.4) ta có qng đƣờng: s(t) = s0 + v0 (t-t0 ) v(t) = v0 =const Hình 1.2 Chuyển động xe 12 * KTGT.DBO (1.12) ... 0, 31 80 1, 84 0,96 2, 81 1,85 0, 71 0,35 0,44 0,24 90 1, 60 0,79 2,53 1, 39 - - - - 10 0 1, 44 0,75 2,30 1, 26 - - - - 18 * KTGT.DBO Bảng 1. 3 Tính tốn qng đường tăng tốc ứng với vận tốc cuối khác Vận. .. v0 (t-t0 ) + a(t-t0 )2 (1. 14) 0 Hình 1. 3: Chuyển động tăng dần xe KTGT.DBO * 13 Từ cơng thức (1. 11) ta có qng đƣờng theo vận tốc là: v2 -v20 (1. 15) s(v) = s0 + 2a Từ cơng thức (1. 13) (1. 14) ta... Vi Vi -1  Vi V0  Vi Vi -1  Vi 0 0 0 0 0 40 2,92 2,92 4,27 4,27 1, 28 1, 28 0,67 0,67 50 2,57 1, 74 3,65 2, 31 1,04 0,60 0,62 0,48 60 2,32 1, 54 3,27 2 ,14 0,95 0,66 0,56 0,38 70 2 ,11 1, 39 3,04 2 ,14