第2講 平面設(shè)計(jì)2-1

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁 第三章第三章 平面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì) 一、路一、路 線（線（ Route） n 道路是一條三維空間的實(shí)體。道路是一條三維空間的實(shí)體。 n 它是由路基、路面、橋梁、涵它是由路基、路面、橋梁、涵洞洞、隧道和沿線設(shè)、隧道和沿線設(shè) 施所組成的線形構(gòu)造物。施所組成的線形構(gòu)造物。 n 路線路線：是指道路中線的空間位置。是指道路中線的空間位置。 n 路線平面圖：路線平面圖：路線在水平面上的投影路線在水平面上的投影。 n 路線縱斷面圖：路線縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行沿道路中線的豎向剖面圖，再行 展開即是路線的縱斷面。展開即是路線的縱斷面。 n 路線橫斷面圖：路線橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)

2、的法向切面道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面 是道路在該點(diǎn)橫斷面。是道路在該點(diǎn)橫斷面。 第一節(jié)第一節(jié) 道路平面線形道路平面線形 道路的平縱斷面示意圖 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n 路線平面設(shè)計(jì)：路線平面設(shè)計(jì)：在路線平面圖上研究道路的基本在路線平面圖上研究道路的基本 走向及線形的過程。走向及線形的過程。 n 路線縱斷面設(shè)計(jì)：路線縱斷面設(shè)計(jì)：在路線縱斷面圖上研究道路縱在路線縱斷面圖上研究道路縱 坡及坡長的過程。坡及坡長的過程。 n 路線橫斷面設(shè)計(jì)：路線橫斷面設(shè)計(jì)：在路線橫斷面圖上研究路基斷在路線橫斷面圖上研究路基斷 面形狀的過程。面形狀的過程。 n 路線設(shè)計(jì)：路線設(shè)計(jì)：指確定路線空間位置和各部分幾何尺指確定路線空間

3、位置和各部分幾何尺 寸的工作。寸的工作。 一般是一般是先定平面先定平面，并沿這個(gè)平面線，并沿這個(gè)平面線 形進(jìn)行勘查測量，以取得地面線、地質(zhì)形進(jìn)行勘查測量，以取得地面線、地質(zhì) 及水文地質(zhì)等資料。及水文地質(zhì)等資料。然后再設(shè)計(jì)縱斷面然后再設(shè)計(jì)縱斷面 和橫斷面和橫斷面。為求得線形的均衡和減少土。為求得線形的均衡和減少土 石方工程量，石方工程量，必要時(shí)再修改平面位置必要時(shí)再修改平面位置。 這樣經(jīng)過幾次反復(fù)，可望得到一個(gè)令人這樣經(jīng)過幾次反復(fù)，可望得到一個(gè)令人 滿意的結(jié)果。滿意的結(jié)果。 設(shè)計(jì)順序：設(shè)計(jì)順序： （一）（一） 汽車行駛軌跡汽車行駛軌跡 （1）汽車運(yùn)行軌跡是連續(xù)的、圓滑的汽車運(yùn)行軌跡是連續(xù)的、圓滑

4、的， 即在任何一點(diǎn)不出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折；即在任何一點(diǎn)不出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折； （2）其曲率是連續(xù)的其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任意一，即軌跡上任意一 點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率值；點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率值； （3）其曲率的變化率是連續(xù)的其曲率的變化率是連續(xù)的，即軌跡，即軌跡 上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。 二、平面線形設(shè)計(jì)的基本要求二、平面線形設(shè)計(jì)的基本要求 （Essential Demand of Plane Line Design） 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n行駛中汽車的軌跡的幾何特征：行駛中汽車的軌跡的幾何特征： n（1 1）軌跡連續(xù)。這個(gè)軌跡是連續(xù)的和圓滑的，即）軌跡連續(xù)。這個(gè)軌跡是

5、連續(xù)的和圓滑的，即 在任何一點(diǎn)上下出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折；在任何一點(diǎn)上下出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折； 2-1 不連續(xù)的平面線形不連續(xù)的平面線形 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（2 2）曲率連續(xù)。其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任一）曲率連續(xù)。其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任一 點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。 2- 曲率不連續(xù)的平面線形曲率不連續(xù)的平面線形 a )路線圖路線圖 b)曲率圖曲率圖 直線圓直直線圓直 線線: 不滿足第二、不滿足第二、 三條性質(zhì)，但三條性質(zhì)，但 滿足第一條要滿足第一條要 求，滿足了車求，滿足了車 輛的直行和轉(zhuǎn)輛的直行和轉(zhuǎn) 向要求，可作向要求，可作 為低等級(jí)山區(qū)為低等級(jí)山區(qū) 道路采用。道路采用。 跳轉(zhuǎn)到第

6、一頁 n（3 3）曲率變化連續(xù)。其曲率的變化率是連續(xù)的，）曲率變化連續(xù)。其曲率的變化率是連續(xù)的， 即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。 2- 曲率連續(xù)的平面線形曲率連續(xù)的平面線形 （二）（二） 平面線形要素平面線形要素 1、汽車導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)面與車身縱軸的關(guān)系：、汽車導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)面與車身縱軸的關(guān)系： （1）角度為零；）角度為零； 直線直線 （2）角度為常數(shù)；）角度為常數(shù)； 圓曲線圓曲線 （3）角度為變數(shù)。）角度為變數(shù)。 緩和曲線緩和曲線 2、平面線形的三要素：、平面線形的三要素： 1) 直線直線曲率為零的線形；曲率為零的線形； 2) 圓曲線圓曲線曲率為常數(shù)

7、的線形；曲率為常數(shù)的線形； 3) 緩和曲線緩和曲線曲率為變數(shù)的線形。曲率為變數(shù)的線形。 現(xiàn)代道路每線形正是由上述三種線現(xiàn)代道路每線形正是由上述三種線 形構(gòu)成的，稱為形構(gòu)成的，稱為“平面線形三要素平面線形三要素”。 圖 3-3 曲率連續(xù)的路線 圖3-4 路線的平面 圖 3-3 曲 率 連 續(xù) 的 路 線 圖 3-4 路 線 的 平 面 跳轉(zhuǎn)到第一頁 第二節(jié)第二節(jié) 直線直線 一、直線的特點(diǎn)（一、直線的特點(diǎn)（The Character of Straight Line） 1、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn) （1）因?yàn)閮牲c(diǎn)之間以直線為最短因?yàn)閮牲c(diǎn)之間以直線為最短，一般在定線，一般在定線 時(shí)，只要地勢平坦、無大的地面障礙物

8、，定線人員都時(shí)，只要地勢平坦、無大的地面障礙物，定線人員都 首先考慮采用直線通過；首先考慮采用直線通過； （2）筆直的道路給人以短捷、直達(dá)的良好印象，筆直的道路給人以短捷、直達(dá)的良好印象， 給人以美的感受給人以美的感受； （3）汽車在直線行駛時(shí)）汽車在直線行駛時(shí)受力簡單，方向明確，受力簡單，方向明確， 駕駛操作簡易駕駛操作簡易； （4）從測設(shè)上看，）從測設(shè)上看，直線只需定出兩點(diǎn)，就可方直線只需定出兩點(diǎn)，就可方 便地測定方向和距離便地測定方向和距離。 2、缺點(diǎn)、缺點(diǎn) （1）過長的直線易使駕駛員感到單過長的直線易使駕駛員感到單 調(diào)、疲倦調(diào)、疲倦，難以目測車間距離，于是產(chǎn)，難以目測車間距離，于是產(chǎn)

9、生盡快駛出直線的急躁情緒，車速一再生盡快駛出直線的急躁情緒，車速一再 加快，很容易造成交通事故；加快，很容易造成交通事故； （2）在地形變化復(fù)雜地段，）在地形變化復(fù)雜地段，直線線直線線 形難于與地形相協(xié)調(diào)形難于與地形相協(xié)調(diào)，造成工程費(fèi)用顯，造成工程費(fèi)用顯 著增高。著增高。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 二、直線的運(yùn)用（二、直線的運(yùn)用（Application of Straight Line） n 1. 宜采用直線線形的路段：宜采用直線線形的路段： n（1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開闊）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開闊 谷地；谷地； n（2）市鎮(zhèn)及其近郊，或規(guī)劃方正的農(nóng)耕區(qū)等以直線）市鎮(zhèn)及其

10、近郊，或規(guī)劃方正的農(nóng)耕區(qū)等以直線 條為主的地區(qū)；條為主的地區(qū)； n（3）長的橋梁、隧道等構(gòu)造物路段；）長的橋梁、隧道等構(gòu)造物路段； n（4）路線交叉點(diǎn)及其前后；）路線交叉點(diǎn)及其前后； n（5）雙車道公路提供超車的路段。）雙車道公路提供超車的路段。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（1）在直線上縱坡不宜過大，因長直線再加下陡）在直線上縱坡不宜過大，因長直線再加下陡 坡更易導(dǎo)致高速度。坡更易導(dǎo)致高速度。 n（2）長直線與大半徑凹豎曲線組合為宜，這樣可）長直線與大半徑凹豎曲線組合為宜，這樣可 以使生硬呆板的直線得到一些緩和。以使生硬呆板的直線得到一些緩和。 n2. 當(dāng)采用長的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問題當(dāng)采用長的直線線

11、形時(shí)，應(yīng)注意的問題： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n2. 當(dāng)采用長的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問題當(dāng)采用長的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問題： n（3）道路兩側(cè)過于空曠時(shí)，宜采取植不同樹種或）道路兩側(cè)過于空曠時(shí)，宜采取植不同樹種或 設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單 調(diào)的景觀。調(diào)的景觀。 n（4）長直線或長下坡的盡頭的平曲線，除曲線半）長直線或長下坡的盡頭的平曲線，除曲線半 徑、超高、視距等必須符合規(guī)定外，還必須采取設(shè)徑、超高、視距等必須符合規(guī)定外，還必須采取設(shè) 置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施。置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：直線

12、的最大與最小長度應(yīng)有所限制。一條公路的直線與規(guī)定：直線的最大與最小長度應(yīng)有所限制。一條公路的直線與 曲線的長度設(shè)計(jì)應(yīng)合理。曲線的長度設(shè)計(jì)應(yīng)合理。 德國規(guī)定直線的最大長度（以米計(jì)）為德國規(guī)定直線的最大長度（以米計(jì)）為20V（計(jì)算行車速度，（計(jì)算行車速度，km/h） （適于高速公路適于高速公路V100km/hV100km/h）。）。 公路線形首先考慮的不是在平面線形上盡量多采用直線，或者是必須由公路線形首先考慮的不是在平面線形上盡量多采用直線，或者是必須由 連續(xù)的曲線所構(gòu)成，而是連續(xù)的曲線所構(gòu)成，而是必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形。 合理利用地形和避免采用長直線合理利

13、用地形和避免采用長直線。 在在公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，由于缺乏資料目前尚無明確規(guī)定，但在中，由于缺乏資料目前尚無明確規(guī)定，但在 公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范中已明確在確定直線長度時(shí)，必須持謹(jǐn)慎態(tài)度，中已明確在確定直線長度時(shí)，必須持謹(jǐn)慎態(tài)度， 盡量不采用較長的直線。直線的最大長度可參見下表盡量不采用較長的直線。直線的最大長度可參見下表 。 3. 最大直線長度問題：最大直線長度問題： 設(shè)計(jì)車速 V(km/h) 120 100 80 60 40 30 20 直線最大長度(20V)(m) 2400 2000 1600 1200 800 600 400 一般值（6V） 720 600 4

14、80 360 240 180 120 同向曲線 間 特殊值(2.5V) 100 75 50 直 線 最 小 長 度 (m) 反向曲線間（2V） 240 200 130 120 80 60 40 跳轉(zhuǎn)到第一頁 1同向曲線間的直線最小長度同向曲線間的直線最小長度 互相通視的同向曲線間若插以短直線互相通視的同向曲線間若插以短直線 （稱為斷背曲線），容易產(chǎn)生把直線和兩端（稱為斷背曲線），容易產(chǎn)生把直線和兩端 曲線看成為反向曲線的錯(cuò)覺，造成駕駛員操曲線看成為反向曲線的錯(cuò)覺，造成駕駛員操 作失誤，在設(shè)計(jì)中這種情況應(yīng)盡量避免。作失誤，在設(shè)計(jì)中這種情況應(yīng)盡量避免。規(guī)規(guī) 范范規(guī)定：規(guī)定： u 當(dāng)當(dāng)設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速

15、度60km/h60km/h時(shí)，同向曲線間的直線最小時(shí)，同向曲線間的直線最小 長度（以長度（以m m計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以km/hkm/h計(jì)）的計(jì)）的6 6倍倍 為宜；為宜； u 對于對于設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速度40km/h40km/h時(shí)，參考執(zhí)行即可。時(shí)，參考執(zhí)行即可。 u 在受到條件限制時(shí)，宜將同向曲線改為大半徑曲在受到條件限制時(shí)，宜將同向曲線改為大半徑曲 線或?qū)汕€作成復(fù)曲線、卵形曲線或線或?qū)汕€作成復(fù)曲線、卵形曲線或C C形曲線。形曲線。 三、直線的最小長度（三、直線的最小長度（The Minimum Length of Straight Line ） 跳轉(zhuǎn)到第一頁

16、 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2反向曲線間的直線最小長度反向曲線間的直線最小長度 轉(zhuǎn)向相反的兩圓曲線之間，考慮到為設(shè)置超高和轉(zhuǎn)向相反的兩圓曲線之間，考慮到為設(shè)置超高和 加寬緩和段的需要，以及駕駛員轉(zhuǎn)向的需要，應(yīng)設(shè)置加寬緩和段的需要，以及駕駛員轉(zhuǎn)向的需要，應(yīng)設(shè)置 一定長度的直線。一定長度的直線。 規(guī)范規(guī)范規(guī)定規(guī)定：當(dāng)設(shè)計(jì)速度當(dāng)設(shè)計(jì)速度60km/h時(shí)，反向曲線時(shí)，反向曲線 間直線最小長度（以間直線最小長度（以m計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以 km/h計(jì)）的計(jì)）的2倍為宜。倍為宜。 當(dāng)設(shè)計(jì)速度當(dāng)設(shè)計(jì)速度40km/h時(shí)，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。時(shí)，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。 當(dāng)直線兩端設(shè)置有緩和曲線時(shí)，也可

17、以直接相連，當(dāng)直線兩端設(shè)置有緩和曲線時(shí)，也可以直接相連， 構(gòu)成構(gòu)成S型曲線。型曲線。 2Vl 跳轉(zhuǎn)到第一頁 一、圓曲線的幾何元素一、圓曲線的幾何元素 （The Geometry Element of Circular Curve） n各級(jí)公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)置平曲各級(jí)公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)置平曲 線，而圓曲線是平曲線中的主要組成部分。線，而圓曲線是平曲線中的主要組成部分。 n路線平面線形中常用的單曲線、復(fù)曲線、雙交點(diǎn)路線平面線形中常用的單曲線、復(fù)曲線、雙交點(diǎn) 或多交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回頭曲線等中一般均或多交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回頭曲線等中一般均 包含了圓曲線。包含了圓曲

18、線。 n圓曲線具有易與地形相適應(yīng)、可循性好、線形美圓曲線具有易與地形相適應(yīng)、可循性好、線形美 觀、易于測設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，使用十分普遍。觀、易于測設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，使用十分普遍。 第三節(jié) 圓曲線（ Circular Curve） 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n圓曲線幾何元素為：圓曲線幾何元素為： L2TJ 1) 2 R(secE R 180 L 2 RtgT 式中：式中： T切線長切線長 (m) ； L曲線長曲線長 (m) ； E外距外距 (m) ； J超距（校正數(shù)）超距（校正數(shù)）(m) ； R圓曲線半徑圓曲線半徑 (m) ； 轉(zhuǎn)角（度）。轉(zhuǎn)角（度）。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n 計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，記為計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，

19、記為JDJD， n ZY=JD-TZY=JD-T n YZ=ZY+L YZ=ZY+L n QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2 n JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2 n曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算：曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算： Lanzhou Jiaotong university 蘭州交通大學(xué) （一）汽車行駛時(shí)橫向穩(wěn)定性分析（一）汽車行駛時(shí)橫向穩(wěn)定性分析 1.1.汽車在曲線上行駛所受的離心力汽車在曲線上行駛所受的離心力 Y X 二、圓曲線半徑（二、圓曲線半徑（The Radius of Circular Curve） Lanzhou Jiaotong university 蘭州交通大學(xué) 1.1.汽

20、車在彎道上行駛所受的離心力。汽車在彎道上行駛所受的離心力。 假定：假定：汽車在圓曲線上作勻速圓運(yùn)汽車在圓曲線上作勻速圓運(yùn) 動(dòng)。動(dòng)。 離心力：離心力：汽車在彎道上，由于慣性汽車在彎道上，由于慣性 產(chǎn)生離心力。產(chǎn)生離心力。 作用點(diǎn)：作用點(diǎn)：汽車重心汽車重心 方向：方向：水平水平 背離圓心背離圓心 大?。捍笮。?gR Gv F 2 離心力的影響：離心力的影響：對汽車在對汽車在 平曲線上行駛的穩(wěn)定性影平曲線上行駛的穩(wěn)定性影 響很大，可能產(chǎn)生橫向滑響很大，可能產(chǎn)生橫向滑 移或橫向傾覆。移或橫向傾覆。 超高：超高：為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲為了減少離心力的作用，保證汽車在

21、平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲 線上的路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。線上的路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。 二汽車行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性分析二汽車行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性分析 Lanzhou Jiaotong university 蘭州交通大學(xué) 抵消部分離心力的工程措施(超高) 如果離心力過大，將會(huì)對行車產(chǎn)生不良影響， 所以在工程中抵消離心力的作用，保證汽車在平 曲線上行駛的穩(wěn)定性，把路面做成側(cè)低外側(cè)高的 單向橫坡形式，也就是超高，單向橫坡的坡度為 超高率。汽車在具有超高的平曲線上行駛，重力 的水平分力可以抵消一部分離心力的作用，其余 由橫向摩阻力來平衡。 L

22、anzhou Jiaotong university 蘭州交通大學(xué) . .曲線上汽車的受力分析曲線上汽車的受力分析 將離心力將離心力F和車重分解為平行于路面的橫向和車重分解為平行于路面的橫向 力和垂直于路面的豎向力，即：力和垂直于路面的豎向力，即： 橫向力：橫向力： XFcosGSin 豎向力：豎向力： YFSinGcos 很小，可以認(rèn)為很小，可以認(rèn)為sintgiy ，cos1 ， iy稱為橫向超高坡度稱為橫向超高坡度 22 yyy Gvv XF GiGiGi gRgR Lanzhou Jiaotong university 蘭州交通大學(xué) . .曲線上汽車的受力分析曲線上汽車的受力分析 引入橫

23、向力系數(shù)引入橫向力系數(shù)，作為衡量穩(wěn)定性程，作為衡量穩(wěn)定性程 度的指標(biāo)，其意義為度的指標(biāo)，其意義為單位車重的橫向力單位車重的橫向力，即，即 2 y Xv i GgR 用用V V（km/hkm/h）表達(dá)上述公式，則：）表達(dá)上述公式，則： 2 127 y V i R 跳轉(zhuǎn)到第一頁 .橫向穩(wěn)定性分析 （）（） 橫向傾覆橫向傾覆：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生繞外側(cè)：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生繞外側(cè) 車輪觸地點(diǎn)向外傾覆的危險(xiǎn)。車輪觸地點(diǎn)向外傾覆的危險(xiǎn)。 X hg b Y 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n 汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用 點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離圓

24、心。點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離圓心。 gR Gv F 2 n受力分析：受力分析： n 橫向力橫向力X失穩(wěn)失穩(wěn) n 豎向力豎向力Y穩(wěn)定穩(wěn)定 （a)a)汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡 n 離心力離心力 . .橫向穩(wěn)定性分析橫向穩(wěn)定性分析 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n將離心力將離心力F與汽車重力與汽車重力G分解為平行于路面的橫分解為平行于路面的橫 向力向力X和垂直于路面的豎向力和垂直于路面的豎向力Y， GcosFsinY GsinFcosX 跳轉(zhuǎn)到第一頁 由于路面橫向傾角由于路面橫向傾角一般很小，則一般很小，則sintg=isintg=ih h， cos1cos1，其中，其中i ih

25、 h稱為橫向超高坡度，稱為橫向超高坡度， n將離心力將離心力F與汽車重力與汽車重力G分解為平行于路面的橫分解為平行于路面的橫 向力向力X和垂直于路面的豎向力和垂直于路面的豎向力Y， 采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車 重的橫向力，即重的橫向力，即 GcosFsinY GsinFcosX )i gR v (GGi gR Gv GiFX h 2 h 2 h h 2 i gR v G X h 2 i R127 V 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使 汽車?yán)@外

26、側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。 n 汽車內(nèi)側(cè)車輪支反力汽車內(nèi)側(cè)車輪支反力N N1 1為為0 0。 n 傾覆力矩等于或大于穩(wěn)定力矩。傾覆力矩等于或大于穩(wěn)定力矩。 (b)(b)橫向傾覆條件分析橫向傾覆條件分析 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n傾覆力矩：傾覆力矩：XhXhg g 橫向傾覆平衡條件分析：橫向傾覆平衡條件分析： 2 b G 2 b G)(Fi 2 b Y h n 穩(wěn)定力矩：穩(wěn)定力矩： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n傾覆力矩：傾覆力矩：XhXhg g 橫向傾覆平衡條件分析：橫向傾覆平衡條件分析： 2 b GXhg g h2 b G X 2 b G 2 b G)(Fi 2 b Y h

27、 n 穩(wěn)定力矩：穩(wěn)定力矩： n 穩(wěn)定、平衡條件：穩(wěn)定、平衡條件： )i 2h b 127( V R h g 2 min h 2 i R127 V n 汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平 曲線半徑曲線半徑R min： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 橫向滑移橫向滑移：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生沿橫向力方汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生沿橫向力方 向的側(cè)向滑移。向的側(cè)向滑移。 滑移條件：滑移條件：橫向力大于或等于輪胎與路面之間的橫向附著橫向力大于或等于輪胎與路面之間的橫向附著 力。即：力。即： 利用此式可計(jì)算出汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫利用此式可計(jì)算出汽車

28、在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫 向滑移的最小平曲線半徑向滑移的最小平曲線半徑R R或最大允許行駛速度或最大允許行駛速度V V。 ( () )橫向滑移條件分析橫向滑移條件分析 hh GYX h G X 橫向附著系數(shù)橫向附著系數(shù) 2 127 hy V R i h 跳轉(zhuǎn)到第一頁 汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系 數(shù)值的大小。數(shù)值的大小。 現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般 汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫 向滑移現(xiàn)象。在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證汽車

29、不產(chǎn)生橫向滑移，同向滑移現(xiàn)象。在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同 時(shí)也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。時(shí)也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。 (3)橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性的保證 g hb2 1 2 g h b 5 . 0 h h g h b 2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 X Y （一）（一）計(jì)算計(jì)算公式與因素公式與因素 n根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑計(jì)算曲線半徑： 二、圓曲線半徑（二、圓曲線半徑（The Radius of Circular Curve） GsinFcosX y 2 y 2 y XFGi Gv Gi gR v G(i ) gR 2 127 y V i

30、 R 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（一）（一）計(jì)算計(jì)算公式與因素公式與因素 n根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑計(jì)算曲線半徑： 2 127() y V R i n式中：式中：V計(jì)算行車速度，（計(jì)算行車速度，（km/h）；）； n 橫向力系數(shù)；橫向力系數(shù)； n iy超高橫坡度；超高橫坡度； n當(dāng)設(shè)超高時(shí)當(dāng)設(shè)超高時(shí) ： 在車速在車速V一定的條件下，最小曲線半徑一定的條件下，最小曲線半徑Rmin決定于容許的決定于容許的 最大橫向力系數(shù)最大橫向力系數(shù)max和最大橫向超高坡度。和最大橫向超高坡度。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（1 1）危及行車安全）危及行車安全 n 汽車能在彎道上行駛的基

31、本前提是輪胎不在路面汽車能在彎道上行駛的基本前提是輪胎不在路面 上滑移，這就要求橫向力系數(shù)上滑移，這就要求橫向力系數(shù)低于輪胎與路面之低于輪胎與路面之 間所能提供的橫向摩阻系數(shù)間所能提供的橫向摩阻系數(shù)f:f: n f f n f f與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)，與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)， 一般在干燥路面上約為一般在干燥路面上約為0.40.40.80.8，在潮濕的黑色路，在潮濕的黑色路 面上汽車高速行駛時(shí)，降低到面上汽車高速行駛時(shí)，降低到0.250.250.400.40。路面結(jié)。路面結(jié) 冰和積雪時(shí)，降到冰和積雪時(shí)，降到0.20.2以下，在光滑的冰面上可降以下，在光滑的冰面上

32、可降 到到0.060.06（不加防滑鏈）。（不加防滑鏈）。 1 1橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)對行車對行車的的影響及其值的影響及其值的確定：確定： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（2 2）增加駕駛操縱的困難）增加駕駛操縱的困難 n彎道上行駛的汽車，在橫向力作用下，彈性的輪彎道上行駛的汽車，在橫向力作用下，彈性的輪 胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前 進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角。進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 n（3 3）增加燃料消耗和輪胎磨損）增加燃料消耗和輪胎磨損 n 使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。 n 橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)

33、 燃料消耗（燃料消耗（% %） 輪胎磨損（輪胎磨損（% %） n 0 100 1000 100 100 n 0.05 105 160 0.05 105 160 n 0.10 110 220 0.10 110 220 n 0.15 115 300 0.15 115 300 n 0.20 120 390 0.20 120 390 跳轉(zhuǎn)到第一頁 （4 4）行旅不舒適）行旅不舒適 值的增大，乘值的增大，乘車車舒適舒適感惡化。感惡化。 當(dāng)當(dāng)0.100.10時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)；時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)； 當(dāng)當(dāng)= 0.15= 0.15時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；

34、 當(dāng)當(dāng)= 0.20= 0.20時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定；時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定； 當(dāng)當(dāng)= O.35= O.35時(shí)，感到有曲線存在，不穩(wěn)定；時(shí)，感到有曲線存在，不穩(wěn)定； 當(dāng)當(dāng)= 0.40= 0.40時(shí)，非常不穩(wěn)定，有傾車的危險(xiǎn)感。時(shí)，非常不穩(wěn)定，有傾車的危險(xiǎn)感。 的舒適界限，由的舒適界限，由0.11到到0.16隨行車速度而變化，設(shè)隨行車速度而變化，設(shè) 計(jì)中對高、低速路可取不同的數(shù)值。計(jì)中對高、低速路可取不同的數(shù)值。 美國美國AASHTOAASHTO認(rèn)為認(rèn)為V 70km/hV 70km/h時(shí)時(shí)=0.16=0.16，V=80 km/hV=80 km/h 時(shí)，時(shí)， = 0.12= 0

35、.12是舒適感的界限。是舒適感的界限。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：規(guī)定： 高速公路、一級(jí)公路的超高橫坡度不應(yīng)大于高速公路、一級(jí)公路的超高橫坡度不應(yīng)大于10%10%， 其它各級(jí)公路不應(yīng)大于其它各級(jí)公路不應(yīng)大于8%8%。 在在積雪冰凍地區(qū)，最大超高橫坡度不宜大于積雪冰凍地區(qū)，最大超高橫坡度不宜大于6%6%。 2 2關(guān)于最大超高關(guān)于最大超高： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 ih n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小平曲線半徑是汽車在曲線部中規(guī)定的最小平曲線半徑是汽車在曲線部 分能安全而又順適的行駛的條件而確定的。分能安全而又順適的行駛的條件而確定的。 n最小平曲線半徑的實(shí)質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分最小平曲線半徑的實(shí)質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分 時(shí)，所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的時(shí)，所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的 摩阻力所允許的界限，并使乘車人感覺良好的曲線摩阻力所允許的界限，并使乘車人感覺良好的曲線 半徑值。半徑值。 （二）最小半徑的計(jì)算（二）最小半徑的計(jì)算 )i127( V R h 2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 是各級(jí)公路按是各級(jí)公路按設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)速度行駛的車輛能保證安全行車速度行駛的車輛能保證安全行車 的最小允許半徑。的最小允許半徑。 1 1極限最小半徑極限最小半徑 )i127( V R h 2 %8 h i0.1 0.17