交通设施设计电子教案教案学案.docx
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交通设施设计电子教案教案学案
教师备课纸
引入：
一、日常生活中交通设施的应用
有条不紊的车流的形成、行人车辆等的交通安全、道路交通信息的获取
二、相关基础知识
1、交通工程学
2、道路工程
3、自动控制工程
4、通信工程
5、计算机应用工程、电子工程
6、环境工程
1绪论
1.1交通工程设施及其功能
1.交通工程设施
其是公路设施的外包装，神经系统，相当于房屋建筑学系统中的装饰工程。
定义：
指根据交通工程学的原理和方法，为了使道路通行能力最大，经济效益最高，交通事故最少，公害程度最低，而沿道路用地范围及其周边设置的系统、设施或给人、车配备的装备，即为车辆高速、高效、安全、舒适的行驶而设置的各类设施的总称。
基础：
交通工程学综合技术科学，5E
2.交通工程设施的功能
总体功能：
确保行车安全，为用路者提供良好的服务，通过科学管理，充分发挥公路项目的社会、经济效益。
1）提高行车安全性
2）提高道路通行能力和运行效率
3）保证车辆连续运行
4）降低交通能耗，保护交通环境
5）提高出行的舒适程度和方便程度
1.2交通工程设施种类与发展状况
1.种类
1）交通安全设施（应用最多）
包括：
护栏、防眩、封闭隔离、视线诱导、施工安全等设施
作用：
避免事故发生，减轻程度，排除纵、横向干扰，诱导行车，保证养护、维修作业安全
设计：
数量、位置、形式、安装工艺等
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2）交通管理设施
包括：
标志、标线、信号灯等
作用：
向道路使用者提供各种警告、禁令、指示、指路等信息，是交通安全、畅通（将制定的交通管理方针、政策具体实施，部分设施具有法律效力）
设计：
种类、形式、材料、设置地点等
3）静态交通设施
包括：
车站、停车场、加油站等
作用：
静止交通使用、服务的设施
设计：
依据要求，确定规模、数量、构成、空间分布等
4）交通服务设施——服务区
包括：
休息、餐饮、WC、加油、维修等
作用：
设计：
服务区总体规划、旅客服务设施设计、车辆服务设施设计、附属服务设施设计
5）道路景观环境与绿化设施——环保设施
道路景观：
指运动中视野的道路及环境的思维空间形象，也包括路外视野中对道路及环境配合的宏观印象。
景观设计包括：
线形、各种建筑，广义上：
周边的自然和人文景观
绿化：
道路用地范围内，用植物及其材料创造的有形态、形式的景物
6）道路照明系统
作用：
不使用前照灯时，能够看清道路、交通状况，及时认清障碍、标志等，城市系统的照明还有美化城市夜景，方便夜间活动，也体现经济水平—飞机上夜景总览
设计：
路段、立交、广场、收费广场、桥隧照明等
7）收费系统
作用：
收费是公路部门最主要的经济收入，是完成养护、维修贷款，新建资金来源，按章收费是收费系统的主要任务。
包括：
收费车道、收费站、收费中心三部分
考虑收费设施对交通的影响，研究收费制式，收费方式，站点布设，系统结构，运行管理等。
8）监控系统
作用：
用于监视道路及车辆的状况，将气候、交通等动态变化提供给使用者，并发出禁令、限速、诱导等指令。
包括：
信息采集、信息提供、监控中心三部分
另外，交通设施也包括道路通信系统、供配电系统、沿线建筑设施、救援系统等。
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2.交通工程设施发展概况
总的来说，发展历程可概括为四阶段：
1）起步萌芽阶段
20世纪初，第一条公路—长沙至湘潭，带动了汽车交通的快速发展
为管理新兴的汽车交通，成立了“公路交通安全委员会”，且部分省市制定了《公路交通标志、标线设置保护规则》，有关的设施设计才开始出现。
但经济落后，运输系统不发达，交通工程为成为一门学科。
2）平稳发展阶段
20世纪70年代，汽车增加，道路迅速增长，开始重视交通工程设计；
1972年，交通部开始在公路上设立反光标志、标线，研究改进尺寸、形式等；
1981年，中国公路学会交通工程分会，在佛山成立，颁布了《道路交通标志、标线》GB；
该阶段，设计研究集中在标志标线上。
3）快速发展阶段
80年代末，GS修建，促使交通工程研究的内容方向更广泛，开始向监控、收费等发展——
该阶段，部分GS设立交通自动监控系统、控制中心、车型自动识别系统，开始研究适合我国国情的标志尺寸、汉字大小、以及材料、结构形式等。
90年代，GS快速发展，设施设计热点转向收费、监控、通信系统方面研究，并开始向标准化、规范化方向发展；
1992年，对护栏进行了实体碰撞试验，编写了适合我国的安全护栏技术标准；
1996年，全国交通工程设施标准化技术委员会成立，开始编制技术规范，《公路交通标志板技术条件》
《路面标线涂料》
《GS波形梁护栏》
《防眩设施技术条件》等
4）更新发展阶段
进入21世纪，环境污染，生态恶化，交通工程设施研究方向向新材料、运输系统网络化、智能化方向发展，eg.收费系统设计ETC、新型标志标线材料等。
补充：
常用的标准规范
《道路交通标志、标线设计规范》（GB5768—2009）
《公路交通安全设施设计规范》（JTGD81—2006）
《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTGD80—2006）
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2交通安全设施
本章主要学习护栏、防眩设施、隔离封闭设施、视线诱导设施；
标志标线种类繁多，也可划为交通管理设施，后续学习。
2.1护栏
定义：
一种纵向吸能结构，通过自身变形，或车辆爬高来吸收碰撞能量，从而改变车辆的行驶方向，阻止车辆越出路外或进入对向车道，最大限度的减轻事故的伤害程度。
2.1.1概述
1.分类（重点）
①按纵向设置位置分为路基护栏&桥梁护栏
②按横向设置位置分为路测护栏
中央分隔带护栏
③按碰撞后的变形程度分为
✧刚性—基本不变形的护栏结构
代表形式：
砼护栏，由具有一定形状的混凝土块连接成墙体结构，通过爬高转向吸收能量。
断面形式：
单坡型&新泽西型（NJ型、F型）使用较多
混凝土护栏分为整体式：
适合中分隔带较窄的路段
分离式：
适合中央分隔带较宽路段，并易于在分隔带内埋设通信和供电管线。
优缺点：
阻止车辆效果较好，但由于没有缓冲弹性，对人车伤害较大。
适用：
因此，通常不全线使用，仅适用于中央分隔带窄，桥梁、路侧险要路段。
✧半刚性
相对于刚性护栏，发生一定的变形，但具有较强的刚度、强度。
代表形式：
波形梁护栏，波纹状钢板（两波、三波）+立柱拼接成连续梁柱结构，通过土基、立柱、钢板吸能，改变方向。
适用：
中央分隔带较宽，且埋设通信管道的路侧，或较大桥等地段。
✧柔性
具有较大的缓冲能力，韧性好
代表形式：
缆索护栏，由固定于端柱上的多根缆索，拉紧后组成的钢缆结构。
优缺点：
美观，没有压迫感，但市局诱导效果差
适用：
交通量低，大型车少，对景观要求高的路段。
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2.功能
①防止失控车辆冲出路外；
②防止车辆从护栏板下钻出，或将护栏板冲断；
③能使失控车辆回复到正常行驶方向上；
④发生碰撞后对乘客的损伤程度最小；
⑤诱导驾驶人的视线。
3.护栏的碰撞力学分析
基本假设：
碰撞过程中，纵横向加速度不变
车辆重心位置不变，质点运动
柔性护栏变形量为Z
公式推导：
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4.护栏的防撞等级
衡量护栏防撞性能的重要指标，一般根据护栏所承受的碰撞能量的大小来划分。
公路路侧护栏：
B、A、SB、SA、SS五个等级
中央分隔带护栏：
Am、SBm、Sam三个等级
表2-11
补充：
一、高速路波形防撞护栏规格、型号
现行标准：
示意：
Gr-A-4E
Gr——波形梁护栏
Grb——有防阻块的波形梁护栏
Grd——组合型波形护栏
Gc——缆索护栏
Gw——混凝土护栏
Gwb——基本型混凝土护栏
Gwm——改进型混凝土护栏
A表示防撞级别。
常用有A,B,SA,SB等
4表示立柱间距，常用有1米，2米，4米
E表示立柱埋入方式，常用有打入式E，混凝土基础B等。
E——埋设于土中
Em——中央带混凝土护栏，嵌锁在基层中
E1——路侧混凝土护栏，埋置在基层中
E2——路侧混凝土护栏，与下部构造物连接
B——埋设于混凝土基础中
R——混凝土护栏通过传力钢筋与基础连接
二、波形梁护栏介绍：
1、 常用路侧波形梁护栏按防撞等级可分为B、A、SB、SA、SS五级，高速公路防撞护栏是典型的冷弯型钢产品；
二波波形护栏板：
4320*310*85*3/4mm；立柱：
Φ114/Φ140mm×4.5mm×高度；
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三波波形护栏板：
4320*506*85*4mm；立柱：
130*130mm×6mm×高度；
2、交通部行业标准JT/T281—2007《高速公路波形梁钢护栏》
（一）、标准护栏板总长度4320毫米（安装完毕后净剩4米）立柱间距4米。
1、两波形梁护栏板的宽度310mm，波高85mm,板厚：
3mm、4mm；理论重量：
3mm厚的为49.16kg,4mm厚的为65.44kg;每公里3MM厚的重12.3吨，4MM厚的重16.388吨。
2、三波形梁护栏板的规格长4320毫米，波宽505毫米，波高85mm,板厚：
4mm；理论重量：
102kg,配合130*130的方管立柱。
（二）、立柱：
规格Φ114、Φ140mm长度根据要求一般为1.85米、1.95米、2米、2.15米壁厚4.5MM；理论重量：
Φ114的12.15kg/m、Φ140mm的15.04kg/m.
（三）、标准段每公里用250块护栏板。
立柱间距4米，每公里用250根立柱，端头2个，柱帽250个，防阻块250个,连接螺栓250套，拼接螺栓2000套。
三、波形护栏系统原理：
1、波形梁护栏是半钢性护栏的主要形式，它是一种以波纹状钢护栏板相互拼接并由立柱支撑的连续结构。
2、它利用土基、立柱、横梁的变形来吸收碰撞能量，并迫使失控车辆改变方向，回复到正常的行驶方向，防止车辆冲出路外，以保护车辆和乘客，减少事故造成的损失。
3、波形梁护栏钢柔相兼，具有较强的吸收碰撞能量的能力，具有较好的视线诱导功能，能与道路线形相协调，外形美观，可在小半径弯道上使用，损坏处容易更换。
四、波形护栏特点：
具有抗冲击性好、成本低、寿命长、安全性更高、绿色环保等优点
材质：
优质钢板经防腐处理
波形护栏用途：
主要用于公路车道的隔离防护
5.护栏的设计依据
设计原则：
①确保85%—90%的车辆不会越出，冲断、下穿护栏；
②“以人为本、安全至上”，降低严重程度，减少二次事故；
③经济、实用原则；
④通过实车碰撞验证。
应考虑的要素碰撞角度、碰撞速度、碰撞车辆的质量、碰撞加速度和设计荷载等方面。
2.1.2路基护栏设计
1.路侧护栏设置原则
1）驶出路外可能造成二次特大事故的路段必须设置；
2）符合以下情况之一，驶出路外可能造成单车特大事故或二次特大事故的路段，必须设置路侧护栏：
①二级以上等级公路边坡坡度和路堤高度在Ⅰ区方格阴影范围内的路段；
②路侧有江、河、湖、海等水域的路段；__
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3）符合以下情况之一，驶出路外可能造成重大事故的路段，应设置路侧护栏：
①二级以上等级公路边坡坡度和路堤高度在Ⅱ区方格阴影范围内的路段；
②高速公路、一级公路在路侧安全净区内设有车辆不能安全穿越的照明灯、交通标志等设施路段；
③二级以上等级公路路侧边沟无盖板、车辆无法安全穿越的挖方路段；
④三、四级公路路侧有悬崖、深谷、深沟等路段。
4）符合以下情况之一，经论证车辆驶出路外有可能造成一般或重大事故的路段，宜设置路侧护栏：
①二级以上等级公路边坡坡度和路堤高度在Ⅲ区方格阴影范围内的路段，三四级公路边坡坡度和路堤高度在Ⅰ区阴影内路段；
②二等级以上等级公路纵坡大于或等于技术标准规定的最大纵坡值的下坡路段、连续长下坡路段；
③二级以上等级公路平曲线半径小于技术标准规定的一般最小半径的路段外侧；
④高速、一级公路用地范围内存在粗糙的石方开挖断面、高出路面30cm以上障碍物的路段；
⑤高速、一级互通立交出口匝道的三角地带及匝道小半径圆曲线外侧。
5）最小设置长度
表2.5规定，当间距小于规定的最小长度时，宜连续设置。
2.中央分隔带护栏设置原则
①整体式断面，中间带宽度≤12m，必须设置；
＞分路段确定；
②分离式断面，行车方向左侧设路侧护栏，
上下行路基高差＞2m，高路基一侧设置；
③高速和禁止掉头的一级公路，中央分隔带开口处，必须设置活动护栏。
3.防撞等级的选择
根据车辆驶出路外或冲入对向车道有可能造成的交通事故等级，按表2.6的规定选取等级。
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4.路基护栏形式的选择
首先考虑的是保证使用性能（防撞等级，变形程度，现场条件，材料等），然后综合考虑美观、经济、气象条件等因素。
2.1.3桥梁护栏设计
1.设置原则
①高速公路桥梁外侧和中央分隔带必须设置桥梁护栏；
②干线公路上、一二级公路桥梁必须设置路侧和中央分隔带护栏；
③集散应宜
④跨越深谷、江河的三四级公路桥梁应设路侧护栏。
除以上四种桥梁路段，当不设护栏时，应设置人行栏杆。
2.形式选择
考虑因素：
防撞性能、变形程度、环境景观要求、全寿命周期成本等。
3.桥梁护栏的高度
桥梁护栏的功能：
不仅要有足够的高度阻挡车辆越过，而且应该阻止车辆倾翻或下穿，美国从车辆碰撞护栏事故中发现，很多护栏被车辆突破翻越，不是因为护栏强度不够，而是护栏的有效高度不够。
有效高度：
车辆冲撞护栏时，护栏抗力距桥面的高度，通常低于护栏高度。
防撞等级
SB
SA
SS
有效高度m
<0.68
0.68-0.86
>0.86
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2.2防眩设施
2.2.1概述
眩光：
由光源或反光面射来极高亮度，或视野中心与背景间较大的亮度差（超过10:
1）引起的一种不良的照明现象。
夜间行车，在相向行驶的车前照灯强光照射下，将给驾驶员带来强烈的不适，是造成夜间行车交通事故的主要因素之一。
眩光分类：
•直接眩光
•反射眩光
•对比眩光
•失能眩光
•不舒适眩光
影响道路交通的眩光源：
前照灯、太阳光、道路照明、广告或标志照明、路面反光镜或其他物体表面的反射光。
防眩设施设计与设置，就是根据具体环境造成眩光的强弱因素，考虑采用合理、实用、经济的方式，尽量消除和减轻其对驾驶员的影响。
防眩设施：
在夜间行车时，为防止司机受到对向车辆前照灯眩目而在道路上设置的构造物。
多用在高速、一级公路、快速道路的中央分隔带上。
可提高行车的舒适性，保证行车安全。
2.2.2防眩原理（了解）
包括防眩板、防眩网、植树防眩三种形式。
防眩设施的遮光有两种：
一是使灯光完全照射不到对方行车或照射到的光线很少，此种属于全部遮光；
另一种防眩设施（如防眩板、植树等）是部分阻挡车前灯光，此类属于部分遮光。
国外试验表明，防眩设施不需要很大的遮光角就可以获得良好的遮光效果，可采用部分遮光原理，允许部分车前灯光穿过防眩设施。
防眩设施的部分遮光原理如图所示：
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在中央分隔带上设置的防眩板间距为L，横向宽度为b,两对向行驶车辆视点连线与主光轴的夹角为α。
当光线夹角β0≤α≤β时，光线被完全挡拄；当α≤β0或α≥β时，则有部分光线射向另一侧车道，这就是部分遮光原理。
从图中可见：
（1）直线路段遮光角：
（公式1-3-1）
（2）平曲线段遮光角：
θ=
（公式1-3-2）
式中：
α、θ——直线、曲线防眩遮光角（度）；
b——防眩板的宽度（m）；
B3——车辆驾驶员与防眩设施横向距离；
L——防眩板的间距（m）；
R——平曲线半径（m）。
直线路段上防眩板的遮光角以80为宜；植树由于树枝漏光，其遮光角以100为宜。
第四节防眩设施的高度确定
防眩设施的高度：
与车辆的前照灯高度，驾驶员视线高度，前照灯的最小几何可见角，前照灯配光性能，安装瞄准状况，道路状况和车型组合等不确定因素有关。
防眩设施的高度按下列公式计算：
或
式中：
h1——汽车前照灯高度，大型车辆为1.0m，小型车辆为0.8m；
h2——司机视线高度，大型车辆为2.0m，小型车辆为1.3m；
B1、B2——分别为行车道上距防眩设施中心线的距离，B=B1+B2如图3。
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图3防眩设施最小高度计算图示
2.2.3防眩设施分类及形式选择
目前常用的防眩设施主要有三种：
防眩板、植树、防眩网。
下面是这几种防眩设施的综合比较如表1-1
表1-1防眩设施的综合比较
特点
植树
防眩板
防眩网
密集型
间距型
美观
好
好
较差
对驾驶员心理影响
小
大
小
较小
对风阻力
大
小
大
积雪
严重
小
严重
自然景观配合
好
好
不好
防眩效果
较好
好
较差
经济性
差
好
好
较差
施工难易
较难
易
难
养护工作量
大
较好
小
小
横向通视
差
较好
好
好
阻止行人穿越
较好
好
差
好
景观效果
好
好
差
从表中可以看出，防眩板的综合指标较其他两种优。
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2.2.4设置方法
1.设置形式：
防眩板单独设置
波形梁护栏的横梁上
砼护栏上
2.设置原则
防眩设施一般指用于高等级公路，即原则上是指在高速公路、一级公路等车辆行驶速度较高、夜间交通量大的道路设置。
无需设置的条件：
⏹中央分隔带大于9米
⏹相向行车道高差大于2米
⏹安装有符合要求的连续照明系统
需要设置条件：
⏹中央分隔带窄的路段<9m
⏹夜间交通量大，服务水平达二级以上
⏹平曲线半径小于设计标准的路段
⏹夜间事故较集中的凹形纵曲线路段
⏹相向行车道高差小于2米
⏹服务区、停车区、互通立交等区域前后2km
⏹无照明的桥、高架桥、相关匝道等路段
⏹长直线路段、道路线形变化较频繁的路段
⏹（主观）道路使用者对眩光的评价因素
3.进行防眩设施型式选择时，主要应注意以下几点：
1）防眩设施的型式选择应结合当地公路的平纵线形设计、车辆构成、自然环境等因素经综合论证后确定。
2）中央分隔带宽度大于或等于2m、地形富有变化、植树易于成活的地区，宜结合公路景观设计而采用植树防眩的型式。
3）分隔带宽度大于或等于2m的路段、桥梁、通道和明涵等构造物路段宜采用防眩板的型式。
4）在设置缆索护栏的路段，最好是采用植树防眩。
目前在公路上广泛使用的防眩设施结构形式主要为防眩板，其次为植被，防眩网。
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2.3隔离封闭设施
又称隔离栅，按照应用的场所不同可分为两大类：
公路隔离封闭设施和城市道路封闭隔离设施
2.3.1公路隔离封闭设施
定义：
为了防止无关人员及牲畜等进入、穿越汽车专用道路或为了防止非法侵占道路用地而沿道路两侧设置的进行隔离封闭的人工构造物。
作用：
排除横向干扰、避免产生延误事故、保障公路效益。
1.结构形式及选择
1）形式：
金属网、刺铁丝网和长青绿篱
2）形式选择
考虑因素：
性能、造价、美观、与环境的协调、施工条件以及养护维修。
1金属网
机构合理、美观大方、造价高
适用于城镇人烟稠密，美观性要求高，立交、服务区等。
②刺铁丝网
经济实用、不美观
适用于人烟稀少路段，山岭地区的高速公路，郊外公路保留用地以及高价构造物下。
2长青绿篱
一般应用在南方地区，与刺铁丝网配合使用。
2.结构设计参数确定
1结构高度：
以成人高度为参考标准1.5—2.1m。
2稳定性：
主要考虑风力，和人畜的破坏作用，进行稳定性验算。
3.设置原则
1）保障公路安全、舒适，防止横向干扰、减少延误，有必要的路段两侧设置；
2）高等级公路以下路段可不设置：
1两侧紧靠河流等天然屏障
2两侧1.5m以上的挡墙或陡坎
3桥隧等构筑物两侧
3）用地界限内20~50cm
4）构筑物两侧应与锥坡一致封死
5）涵洞可跨越或封死
6）可随地势变化合理设置
7）在适当地方留养护出口门
特殊地段处理：
1.隔离设施遇桥梁、通道时，应朝桥头锥坡（或端墙）方向围死，不应留有让人、畜可以钻入的空隙。
2.隔离设施与涵洞相交，如沟渠较窄，隔离设施可直接跨过；较宽，隔离栅难以跨越时，可采取桥梁、通道的处理方法。
3.当受地形限制，隔离设施前后不能连续设置时，就以该处作为隔离设施的端部，并处理好端头的围封。
当沿公路用地边界地形起伏较大时，隔离设施可设计成阶梯式。
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2.3.2城市道路隔离设施
定义：
安装在车行道与人行道之间、机动车道与非机动车道之间、对向行驶的机动车道之间或快速路的主路与辅路之间的界限位置，可以有效的避免横向交通干扰，避免由此产生的交通延误或交通事故。
分类：
按照安装位置：
♦上下行车道之间
♦快车道与辅助车道之间
♦机、非之间
♦车、人之间
按照材料、外形：
•铸铁格栅式
•钢管护栏式
•混凝土墩座+链条
按照设置时间长短：
临时性、永久性
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2.4视线诱导设施
视线诱导设施是一种沿车道两侧设置，用以指示道路方向、车行道边界及危险路段位置等的设施的总称，包括轮廓标、分流或合流诱导标、线形诱导标等。
他们可在白天、黑夜诱导驾驶员的视线，表明道路轮廓，保证行车安全。
主要目标：
轮廓标：
指示道路线形轮廓
分流、合流诱导标:
指示交通流分合
线形诱导标：
指示或警告道路改变行驶方向
2.4.1轮廓标
定义：
指示道路方向、车行道方向的设施
1.设置原则：
1）一般公路
•设计速度大于50km/h的路段；
•车道数或车道宽度有变化的路段；
•在连续急弯的陡坡路段。
2）高速公路、一级公路
•主线及互通立交、服务区、停车场的进出匝道或连接通道应全线连续设置；
•在气候条件恶劣、线形条件差和事故多发地段应设置反光性能更高或尺寸较大的反射器；
•在有道路照明的局部路段，驾驶员可以通过护栏、缘石、标线等设施看清道路前方线形，可以不设置。
但是在照明区间较短的路段，考虑视线诱导的连续性，需认真研究是否设置。
2.设置要点：
1.轮廓标在公路行车道左、右侧对称设置。
2.设置间隔（平直线50m，附着护栏：
48m）。
3.加密：
公路路基宽度、车道数量有变化的路段及竖曲线路段
4.轮廓标的标准设置高度为70cm，最小设置高度为60cm。
最大设置高度120cm。
5.轮廓标反射器的安装角度,无论在直线段或在曲线上,应尽可能与司机视线方向垂直。
曲线半径（m）
小于89*
90～179*
180～274
275～374
375～999
1000～1990
2000以上
设置间隔（m）
8
12
16
24
32
40
50
3.形式
•设置于土中的轮廓标
•附着在建筑物上的轮廓标
2.4.2分、合流诱导标
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