基于可靠度的高速公路变速车道长度研究

摘要

高速公路立体交叉需要在有限的区域空间内完成各个方向交通的转换，交通运行条件复杂，尤其当受到项目投资和环境等方面因素限制时，会导致设计采用较低的技术指标，造成交通运行条件更加复杂。变速车道是主线与匝道的连接段，其主要功能是实现主线和匝道车辆的变速、车道转移、合流和分流，是立交中交通状况最为复杂的路段，也是整个立交系统中最容易发生交通事故的路段，其设计的优劣会直接影响高速公路的交通安全。但是，在我国现行的规范中，对于高速公路加减速车道长度方面，仅给出了参考数值，并没有进行取值安全性的深入分析。
　　为此，本论文从可靠度理论人手，开展对高速公路变速车道长度的研究。在查阅我国公路设计规范，并参照国外规范的基础上，分析高速公路加减速车道的计算模型并总结得出各段长度的计算公式。然后，结合可靠度理论方法，通过对各个计算公式中参数的分析，将其各方面的影响因素随机变量化，确定各个设计参数的极限状态方程。接着对公式中的相关参数进行研究和分析，给出其相应的概率分布和参数，分别通过一次二阶矩理论中心点法和蒙特卡洛模拟法进行高速公路加减速车道长度的可靠度的分析和计算，得出高速公路加减速车道长度在不同的长度供给值下的失效概率。最后，对我国现行的公路设计规范进行可靠度校准，结合实际情况确定各个设计参数基于可靠度计算的建议值，并对高速公路加减速车道长度设计过程提出建议。
　　将可靠度理论应用于高速公路加减速车道长度的设计中，可以解决传统确定值设计方法没有充分考虑各方面影响因素的安全效应问题，因此得出的设计指标更加安全，也更符合实际运行特性。这种考虑设计安全影响因素的不确定性，用概率论来动态分析高速公路加减速车道长度的设计的方法，能够同时考虑工程经济性、行车安全性与舒适性，并且可以为高速公路加减速车道的设计提供理论支持，作为设计阶段的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 可靠度理论

1．2．2 高速公路变速车道

1．3 研究内容和方法

1．4 本章小结

第二章 可靠度理论及计算方法

2．1 可靠度的基本原理

2．1．1 极限状态和极限状态方程

2．1．2 失效概率和可靠指标

2．2 可靠度计算方法

2．2．1 一次二阶矩法

2．2．2 蒙特卡洛模拟方法

2．3 本章小结

第三章 变速车道及可靠度理论的应用

3．1 变速车道

3．1．1 变速车道的概念

3．1．2 规范的说明和补充

3．2 变速车道的计算公式

3．2．1 加速车道的计算公式

3．2．2 减速车道的计算公式

3．3 可靠度理论在高速公路变速车道长度设计中的应用

3．4 设计速度与运行速度

3．4．1 设计速度

3．4．2 运行速度

3．4．3 运行速度模型

3．5 本章小结

第四章 基于可靠度的加速车道长度参数分析

4．1 按照加速需要计算加速段长度L1

4．1．1 参数分析

4．1．2 一次二阶矩理论中心点法

4．1．3 蒙特卡洛模拟法

4．2 等待段长度L2

4．2．1 一次二阶矩理论中心点法

4．2．2 蒙特卡洛模拟法

4．3 加速车道长度L

4．3．1 一次二阶矩理论中心点法

4．3．2 蒙特卡洛模拟法

4．4 平行式加速车道的汇入段(三角渐变段)长度L3

4．4．1 参数分析

4．4．2 一次二阶矩理论中心点法

4．4．3 蒙特卡洛模拟法

4．5 本章小结

第五章 基于可靠度的减速车道长度参数分析

5．1 第一次减速段长度L1

5．1．1 参数分析

5．1．2 一次二阶矩理论中心点法

5．1．3 蒙特卡洛模拟法

5．2 第二次减速段长度L2

5．2．1 参数分析

5．2．2 一次二阶矩理论中心点法

5．2．3 蒙特卡洛模拟法

5．3 减速车道长度L

5．3．1 一次二阶矩理论中心点法

5．3．2 蒙特卡洛模拟法

5．4 平行式减速车道的三角渐变段长度L0

5．5 本章小结

第六章 可靠度模型的应用

6．1 对我国现有规范的建议

6．1．1 设计规范取值的验证

6．1．2 修正设计规范的部分取值

6．2 实际工程的应用

6．2．1 加速车道长度

6．2．2 减速车道长度

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．1．1 主要成果

7．1．2 创新点

7．2 展望

参考文献

致谢