公路几何设计分析论文

【摘要】ANSYS在机械和建筑方面的应用，尤其是在力学分析中的应用，最后得出结论ANSYS软件的推广应用价值。【关键词】ANSYS软件；力学分析；有限元引言ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元软件。下面是小编整理的《公路几何设计分析论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

公路几何设计分析论文 篇1：

公路路线设计原则及要点浅析

摘要：目前我国交通业发展迅速，公路工程随之增多。公路设计的合理、科学，能够为施工方节约大量的资金和资源，能够为出行人员节省大量的时间和油费，提高出行安全性，因此，公路路线设计时，设计师要拿出的是一个双赢、共享的方案，充分提高公路资源的利用率，减少对自然环境的影响，节约出行人员的时间和金钱，提高公路出行安全水平，为交通提速奠定路线基础。本文从公路路线设计原则入手，分析并探讨公路路线设计时需要注意的要点，为公路路线设计人员提供一些思路和参考。

关键词：公路路线;设计原则;要点

引言

近年来，随着我国国民经济的蓬勃发展，公路运输网建设如火如荼，公路所承载的运输量也日益扩大，相应地，其建设规模呈现扩张态势，所涉及的区域及面临的施工环境也表现出复杂化的特点，这都对公路路线设计提出了新的严峻挑战。做好公路路线的设计工作，以科学化的技术与先进化的设计理念进行路线设计，可以有效提升公路建设的基本质量，为公路运输安全打下坚实基础，最大程度降低意外交通事故发生的概率。在实践中，必须正视公路路线设计中存在的问题，把握攻坚克难的要点，为公路路线设计水平的提升注入强大的动力。

1公路工程路线设计的重要性

在公路设计中，线形设计是关键环节，路线设计合理与否不仅会对路基、路面、边坡等部位造成一定影响，而且会对桥梁或隧道的规划设计造成直接影响，同时又是影响交通安全的主要因素。合理的公路设计能够将行车方向和周围环境清晰醒目地提供给司机，使驾驶员有足够的视距，不会出现盲区或遮挡物。公路线形是公路的主体，直接影响着公路行驶的安全性，在设计路线时首先要结合地形地物确定公路的几何线形，随后在线形上明确标注隧道以及安全设施的位置，并对坡度、坡长以及竖曲线半径等进行充分考虑。目前，很多公路建设单位仍按照平、纵、横断面设计的传统理念进行路线设计，并未考虑车流量和车速的发展，照搬国外的方法和参数进行几何路线设计，无法满足车辆行驶的实际需求。随着交通量的逐年骤增，交通事故频繁发生，在设计公路路线时不仅要满足汽车行驶力学的要求，而且要满足驾驶司机的生理条件和心理需求，同时要达到行驶过程舒适平稳和保护沿途环境的目的。因此，公路工程施工前，要重点考虑路线设计问题，经过实地勘察后对路线设计的可行性和合理性进行全面分析，最大程度地减少道路设计缺陷，提高道路使用性能，保障营运的经济性。

2公路路線设计原则分析

在进行公路路线设计时，设计人员需要遵守以下设计原则：

第一，安全性设计原则。对于公路路线设计人员来讲，要明确公路路线安全性设计要点，认真遵守安全性设计原则，并根据公路安全设计规范标准，结合自身以往的设计经验，合理选择直线线路或者曲线线路，并制定完善的公路安全防护制度。按照国家明确规定的公路设计安全性标准与规范内容，根据现有公路的路线弯度，包括公路坡度情况，做好相应的调节工作，尽可能减小公路路线弯度，保证道路车辆能够更为安全的行驶。通过不断加强公路路线安全设计，能够有效减少道路交通事故的出现。

第二，高效性设计原则。公路工程项目的建设施工，需要投入大量社会资源，所以，在公路路线设计环节，设计人员要认真遵守高效性设计原则进行路线设计，提高路线设计规划的科学性，避免多次施工现象的发生。对于公路路线设计者来讲，要明确公路路线安全性设计标准与内容，加强工程造价预算，保证公路工程效益得到更好提升。

3公路路线设计的注意要点

3.1平面直线设计的要点

在进行平面直线设计时，不能完全依照“经验主义”，要综合勘察设计区段的实际状况，统筹考虑成本、安全、环保等多方面因素，创设出更适合车辆平稳行驶的环境。参考国内外一些优质的平面直线设计经验后不难发现，如果将公路区段设计速度的20倍作为平面直线设计长度的极值，具有很高的科学性。当然，在实际设计过程中仍然需要结合地域之间地形差异进行适当调整，这也要求设计人员必须深入现场，进行细致勘察与周密的记录工作，并利用现代化技术进行更加精准的分析，从而制定出更加合理的平面直线路段长度。为了最大程度地降低平面直线路段的驾驶风险，要尽可能将小半径曲线设置在直线尾部。若设计条件不满足，也要配备清晰醒目的提示牌，减少路段变化对司机行车安全的影响。

3.2曲线型公路的路线设计要点

曲线型公路是公路中比较常见的形式，主要存在于山地地带，常见于丘陵地带公路，少见于平原公路。曲线型公路的施工难度较高，需要设计师设计好路段的曲线值，加强曲线型路段的和缓程度，避免急转曲线型路段，使公路的曲线路段呈现渐变的效果，提高曲线型公路的顺畅程度。曲线型公路比较不受司机们的喜欢，视野狭窄，会车难度大，需要司机集中注意力频繁打方向盘、调档、刹车、加速，且对行车速度有较高的要求，速度过高容易出现转弯不及的情况，从而导致较高的事故率。山地地带的曲线型路段还有可能受到突出山石的遮挡，导致司机对对向来车察觉不及时，导致事故率较直线型路段高很多。曲线型路段的设计过程中，需要设计师充分考虑曲线型路段对行驶轨迹的影响，降低对路段离心率的依赖程度，提高路段的安全系数;考虑回旋线的影响，保证曲线型路段的宽度，尽可能使用比较缓和的曲线。

3.3立体交叉设计要点

公路项目周边可能会出现较多公路的穿插，为了确保道路通行顺畅，优化行车质量，在具体设计中可采取立体交叉方案，以此实现公路与交叉公路之间的相互连通，在确保行车质量前提下提高车辆通行速度。设计人员设计中可对桥梁车道宽度适当调整，满足减速车道运行需要，同时控制立交桥高程在合理范围，提高设计方案合理性。因为立交桥下路面结构相对较为完整，想要促进通行质量的提高，设计人员必须要与车辆运行情况相互结合，确保路面结构完整。另外，设计工作的开展还需要与区域公路地形和交通情况等因素结合分析考虑，更好的满足车辆通行方面需要。具体可分为以下两种：

第一，分离式交叉设计，这种设计方式更多地应用在公路与高速交叉位置，设计人员需要控制桥梁和线路夹角在规定范围，确保交叉质量，为了确保公路能够更好地通行，设计人员还可以与以往设计经验相互结合，设置保护隔离带等，促进路面结构完整性的提高。

第二，分平面交叉设计，公路设计可能会经过较多村庄等，设计是需要从分考虑平交口渠化设计，利用辅道形式合并沿线接入口，通过这一方式，不仅可以保障安全，同时还能够更好地方便沿线居民出行。

3.4公路环境保护设施的设计

公路工程设计时，环境保护也极其重要，在建设单位资金充裕的情况下，要加强环保设施的投入，以满足生态公路的要求。将边坡防护和排水设施应用到公路工程中，能够提高边坡岩土结构的稳定性，避免水土流失问题;在土质边沟上覆盖种植矮小的草种，能够避免水流冲刷，起到生物过滤的作用，减缓车辆冲击的力度;在公路两侧种植树木，能够降低噪声污染，净化道路空气，美化道路景观。

结语

公路路线设计需要严格遵守安全、环保、高效的设计原则，注意直线、曲线、立体交叉设计要点等，一切以人们的出行安全为主要目标，尽可能提升公路设计的科学性、环保性，控制公路的建设成本，提高公路项目的经济效益。

参考文献：

[1]许自强.基于环境选线原则的公路路线设计分析[J].黑龙江交通科技，2019，42（06）：46-47.

[2]徐瑞.公路路线设计的原则及注意要点探讨[J].科技创新与应用，2017（27）：100+102.

[3]赵鑫.探析公路路线设计中的存在问题及控制要点[J].城市建设理论研究（电子版），2018（19）：141.

（作者单位：浙江金航路桥工程有限公司）

作者：任兴灿

公路几何设计分析论文 篇2：

浅析有限元方法在工程实践中的应用

【摘要】ANSYS在机械和建筑方面的应用，尤其是在力学分析中的应用，最后得出结论ANSYS软件的推广应用价值。

【关键词】ANSYS软件；力学分析；有限元

引言

ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元软件。该软件是FEM（Finite Element Method）分析中迄今为止惟一通过ISO9001质量认证的计算机辅助工程（CAE）设计分析软件。开发初期，主要应用于电力行业，现在已广泛应用于航空、航天、电子、汽车，土木工程、水利等各个领域，能够满足各行业进行有限元分析的需要。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I-DEAS， AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

在有限元分析过程中，主要是应用三个基本模块：前处理模块、分析计算求解模块和后处理模块。预处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型，实现参数定义、实体建模和网格划分三种功能。在分析计算求解模块中，是通过定义分析的类型、分析的选项、载荷数据和载荷步选项等，来对模型进行有限元的求解。对于后处理模块则主要是用来查看分析结果，从而得到位移、应力、应变等的图形和数字显示。

1.ANSYS软件在悬臂梁变形计算中的应用

在工程中计算梁的位移是一个重要问题，设计梁不仅要求有足够的强度，而且要有足够的刚度，即要求梁在载荷作用下的位移，不超过容许的值。另外，对于某些梁，如车辆下的叠板弹簧，要求有较大的弹性位移，以便更好地起缓冲、减振作用，也都要进行位移计算。

积分法是求梁位移的基本方法，它能求得挠度和转角的普遍方程，这是它的优点；但是当梁上载荷复杂时，计算冗繁。而工程中往往只需求某些特定截面的挠度和转角，这就促使人们寻求新的计算方法。

以悬臂梁为例，利用ANSYS软件可以通过计算机来求解悬臂梁的变形，求解步骤为：定义材料、实常数和单元类型：根据具体的有限元分析问题，选用合适的材料本构关系和相应的单元类型，并确定单元的实常数；建立几何模型：根据具体问题进行有限元模型简化，并画出几何模型；划分网格：对几何模型进行单元网格划分，即离散几何模型；加载（位移和力）：在单元网格上加上力边界条件和位移边界条件；求解：进行有限元求解；查看结果：查看分析结果，包括单元和单元节点上的位移、应力和力等。

2.ANSYS软件在坝体工程中的应用

启动ANSYS程序、输入相应的项目路径和文件名、定义单元类型、实常数和材料的本构关系、建立几何模型、划分网格（单元）。加载与求解包括加位移边界和力荷载等，并选用适当的求解器和求解步进行求解计算。查看结果包括按图形的方式和按列表的方式进行查看，其内容有结构的变形结果、支座反力和应力以及内力（弯矩、轴力和剪力）等。计算结果分析包括最大值和最小值统计，根据规范进行变形和强度验算以及在验算结果的基础上提出改变参数或采取相应的处理措施等。

3.ANSYS软件在隧道及地下工程中的应用

采用ANSYS有限元分析软件进行高速公路隧道开挖全过程仿真力学分析，以便对隧道的设计参数进行验证，看能否满足设计要求，同时看所选用的施工方法能否满足中国岩土的稳定性。

4.ANSYS软件的推广应用

各类结构在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程是十分复杂的。ANSYS强大的求解功能使得其十分便于应用在各种复杂的大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程中的力学分析中，将有限元结果与教材上的理论结果进行对照，这种新的教学方法可以大大提高学生的学习兴趣，增强学生对专业知识的理解和掌握，同时还可以培养学生的动手能力。在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。

参考文献

[1]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]李权.ANSYS在土木工程中的应用.人民邮电出版社.2005.

[3]刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.

[4]濮良贵，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

作者：李洪涛

公路几何设计分析论文 篇3：

公路平面交叉道设计研究

摘 要：随着社会经济的日益发展，我国公路网规模逐渐壮大，公路道路形式也越来越多样化。在充分利用土地资源的基础上进行公路设计时，对公路布局要求更为严格。根据道路交通建设相关规定，公路设计可采用平面交叉道设计。基于此，本文首先阐述我国公路平面交叉道设计中存在的问题，然后探讨公路平面交叉道的特点，最后提出优化公路平面交叉道的设计策略。

关键词：公路建设;平面交叉道;视距设计;渠化设计

Study on Design of Highway Grade Crossing

LIU Guangxun

（Pingdingshan Road Traffic Survey and Design Institute，Pingdingshan Henan 467000）

從当前我国公路桥梁发展整体形势来看，建设规模逐渐壮大，公路设计、建设水平也得到显著提高。公路建设对实现城镇一体化、提高区域间运输经济互联互通、促进我国经济整体水平提升具有重要作用。从当前的公路设计研究可以看出，为了充分利用土地资源，节约土地空间，提高公路交通通行能力，我国越来越倾向于设计建设公路平面交叉道。考虑到公路平面交叉道在公路建设改造中的重要作用，公路设计、建设单位开始更多地从通行能力、使用质量和安全程度等方面研究公路平面交叉道。本文从我国公路平面交叉道设计中存在的问题入手分析，并结合平面交叉道特点，提出了优化公路平面交叉口道设计的工作重点，以供实践参考。

1 我国公路平面交叉道设计中存在的问题

第一，在设计中，设计人员往往对路权分配不合理，未重视交叉口支线道路，使主线与支线的路权没有得到有效分配。第二，设计人员因缺乏设计经验，没有考虑到道路加宽的因素，对转弯车道设置不合理。第三，对交叉口纵坡设置不合理。一般的道路交叉口纵坡竖向设计时要使次要道路服从主要道路，不得改变主道路的纵坡度[1]。

2 公路平面交叉道特点

2.1 交叉道种类丰富

道路交叉口在城市道路网络系统中起着重要作用，为打通各个道路发挥着节点作用。城市中使用道路交叉道，能为城市交通运行起着协调作用。目前，根据道路通行能力及实际交通运行需要可将我国公路平面交叉道分为十字形、X字形、T字形、Y字形、错位交叉、复合交叉、简单交叉口、拓宽路口式交叉口、渠化交叉口、无信号控制交叉口、有信号控制交叉口等。只有合理设计平面交叉口形式，才能有效缓解交通运行压力，提高道路运行效率[2]。

2.2 平面交叉道范围小

如果平面交叉范围大，就意味着平面交叉范围内的行程时间长，这种情况下行驶的车辆额度随机性和任意性概率就比较大，不利于交通秩序的控制，比较容易发生交通事故。因此，通常情况下，平面设计人员在进行设计时，一般不会出现转弯半径比较大的交叉口设计，会选择平面交叉口范围小的交叉口道，既能缓解交通通行，又能保证交通安全。

2.3 平面交叉口道几何特征

公路平面交叉口诸多特征里最明显的特征是其几何特征，受纵面坡度、水平线型、交叉道路数量、交叉范围以及车道宽度等各种因素的影响，交叉口几何特征是地理地势、设计规划等因素的多方反映，这些因素对公路交叉口安全通行都有一定的影响。

3 优化公路平面交叉道设计策略

3.1 重视公路平面交叉口的优化设计

一个好的道路设计对道路施工建设及投入运行具有引领作用，尤其是公路平面交叉口的设计，一定要多方面考虑，重视细节处理，比如，通常在交叉口区域设置隔离带、交通岛引导，有的还需要设置分隔带标志。设计过程中应严格按照国家相关规定执行，对照相关标准，设计机动车行驶路线和非机动车行驶路线，以保证机动车与非机动车即使在车流量、人流量较大的情况下也能有序行驶，保证安全距离。另外，设计时还要考虑交通信号灯的设置，交通信号灯能够有效预防交通事故的发生，因此要根据交叉口平面面积及道路通行情况合理设计信号灯数量和位置[3-4]。

3.2 优化设计方法

从数据统计来看，目前公路交通事故多发生在交叉口处，交叉口处是机动车、非机动车、行人相对比较集中的地点，因此设计人员在进行公路交叉口设计时要保证设计方法的科学性。优化公路平面交叉口道设计，结合交叉口交通组织及交叉口连接管理，改善交通运行状况，减少交叉口交通拥挤、冲突等，实现交叉口交通顺畅、安全的目标。优化平面交叉口几何设计主要包括平面交叉口的视距设计和渠化设计。

3.2.1 视距设计。优化公路平面交叉口道设计，首先要重视视距设计，这是因为视线距离直接影响驾驶员驾驶车辆能否安全行驶。在交叉口处，影响驾驶员安全驾驶车辆的因素较多，驾驶员需要通过安全的视线距离来判断周边交通情况，以控制好车速和方向，减少事故发生，保证车辆安全有序行驶，维护交通秩序。因此，设计人员在进行公路平面交叉口道设计时，需要考虑视距的安全性[5]。

交叉口安全视距依照不同交通控制类型所涉及交叉口的具体特征进行计算，安全视距与停车视距密切相关，设计人员应在保证停车视距的基础上，实现安全视距。此外，还应考虑交叉口的主路左转视距、沿主路视距设计、沿次路视距设计等安全视距的公式计算，并考虑所处范围内的环境因素。

设计人员还需考虑对没有交通信号灯的交叉口视距设计。没有信号灯的交叉口多位于高架、乡镇路口，为确保交通通行安全，设计人员应该充分考虑交叉口的实际地形及周边建筑的影响，以科学设计一个合理的视距三角形，根据应算视距三角形公式，确定视距设计的准确性与有效性。

3.2.2 渠化设计。渠化是交叉口几何设计的重要组成部分。渠化设计的原则是对平面交叉口范围内的交通路线进行合理分配并指明标识，以保证机动车、非机动车、行人安全通行，提高交叉口区域的通行能力，规范交叉口的交通组织与运行。常规的交叉口渠化内容包括机动车导向线设置、交叉口停车线设置、导流岛设置和进口道分隔岛设置等。涉及进口道的渠化设计时，主要采取的方法是根据交通流量及主要交通流向设置车道数量;出口道的渠化设计主要考虑的是要与上游进口道车道数量相一致，保证进出交叉口机动车与非机动车有序通行。另外，在交叉口道交叉范围比较充裕的条件下，为缩小平交叉口之间的交错面积，减少停车标志与交叉口之间的距离，要进行导流道设计。具体来说，应在交叉口范围内合理设计导流线，保证车辆等待时间与车流量相匹配，保证车辆有序通行[6]。

3.3 优化公路平面交叉口道设计要点

3.3.1 公路平面交叉口设计一定要明确交叉口车道数量。设计人员在进行公路平面交叉口設计时，要充分考虑公路的实际情况，包括公路运行宽度、公路周边的建筑面积、建筑高度、建筑用途，还需要考虑公路区域范围内累计车流量和通行车辆类型及承载量，依照实际数据分析完善设计方案，并准确规划多车道宽度、转弯处宽度以及交叉车道数量，满足通行需要，保证道路交通通行安全。

3.3.2 机动车道与非机动车道的设置要坚持以人为本，保证设置的科学性和合理性。一般来说，对于车辆通行量大尤其是交叉口中左转车辆比较多的情况下，设计人员在设计公路平面交叉口时，可以充分利用渠化道路优势，实现分流、导流，还可以通过设计专用右转车道将人行道、导流岛有效区分开来。在车流量比较小的路口尤其是向右转行驶、向左转行驶的车辆较少时，设计人员可以设计直接往前行驶或者直接向右行驶的路线标志，以实现道路通行顺畅[7]。

3.3.3 多方考虑选择最佳交叉口位置。在进行公路平面交叉口道设计时，设计人员首先要考虑选择一个合适的交叉口位置，然后综合考虑地形地势、通行量、周边环境等因素，确定合理的交叉角度，再次考虑周边是否有其他交叉口，如果有，则必须明确与周边交叉口的距离。从我国目前设计的交叉口角度来看，我国公路平面交叉口角度多在90°左右。如果因特殊情况使得交叉角度小于60°，受几何因素影响，交叉角度过小，就意味着交叉口的面积过大，这不利于行驶车辆看清周边车辆行驶状况，不利于安全通行，且交叉面积大，车辆聚集多，也不便导流，影响通行时间和通行效率，容易引发交通事故。因此，设计人员在选择交叉口位置时，要实地调查路面状况及周边影响因素，确保所选交叉口位置是合理、安全、有效的[8]。

3.3.4 平面交叉口道类型选择要科学合理。通常来说，设计人员在确定交叉口道位置后，就要确定交叉口道类型，选择什么样的平面交叉口道对有效发挥交叉口通行能力至关重要。一个合理、科学、可行的交叉口道类型不仅能有效实现通行目标，而且能节约成本，优化人力、财力、物力配置。通过研究交叉口区域范围内涉及的各方向来往车流量，弄清楚来往车流量多的方向和来往车流量少的方向，通过数据分析和技术分析方法，在基于以上目标的条件下，选择经济有效的平面交叉口道类型。

3.3.5 优化公路交叉口道的平面设计。交叉口平面设置形式包括纵断面和横断面，无论是纵断面还是横断面，都是为了保证车辆顺利通行[9]。从国家相关规定来看，对于公路交叉口的纵面、横面设计，要结合所建道路的等级划分及交叉口所处的地形地势及周边环境。在实际设计过程中，设计人员要结合实际情况，如在设计乡村道路交叉口平面选择上，纵坡在整个设计中要保持不变;城市道路交叉口平面选择要考虑车辆通行情况，并结合雨雪天气道路排水设施，设置至少一条以上的纵向坡度道路靠近交叉口。

4 结语

随着我国经济的快速发展，公路道路建设规模不断扩大，对公路平面交叉口道设计技术水平要求越来越高，因此，设计人员要不断更新自身的理论知识，总结实践经验。为预防交通事故发生，提高公路平面交叉道设计质量，设计人员要提前做好工作准备，综合考虑多方面因素，从交叉口位置选择、交叉口范围、交叉车道数量、交叉口安全视距等方面，科学、合理、规范地设计公路平面交叉口，以确保交通通行能力、通行安全及通行质量。合理的公路平面交叉口道能提高公路交通运行能力，满足机动车、非机动车、行人不同的出行需求，保证各方通行互不影响，为地区经济发展、社会稳定发挥重要作用。

参考文献：

[1]叶剑鸣，陈康元.关于公路平面交叉安全性的优化设计分析[J].中国新技术新产品，2012（22）：46.

[2]刘洪启，吴云，沈涛，等.公路平面交叉口左转弯车道安全设计研究[J].中外公路，2009（4）：246-250.

[3]葛兴，项乔君，陆键.基于冲突的公路平面交叉口驾驶行为研究[J].交通运输工程与信息学报，2009（3）：39-43.

[4]张超，李兴华.公路工程平面线形交叉的设计原则和要点[J].城市道桥与防洪，2017（9）：15-17.

[5]金多旭.关于公路平面交叉的优化设计探讨[J].智能城市，2018（4）：39-40.

[6]陈发明，张开银.公路平面交叉渠化方法[J].土木工程与管理学报，2008（1）：20-23.

[7]李威.公路平面交叉设计常见问题与建议[J].科学技术创新，2016（17）：225-225.

[8]史玉茜，杨晓光，杨静.城市道路平面交叉口交通设计模式比较研究[J].交通与运输（学术版），2013（1）：54-57.

[9]黄学理.公路平面交叉口关键设计探析[J].企业技术开发，2013（9）：140-141.

作者：刘广勋