超全道路工程平面線型設(shè)計(jì)

1、-、道路平面線型概述、路線道路：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施構(gòu)成的三維實(shí)體。路線：是指道路中線的空間位置。平面圖：路線在水平面上的投影?？v斷面圖：沿道路中線的豎向剖lil圖,再行展開。橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面。路線設(shè)計(jì):確走路線空間位置和各部分幾何尺寸。分解成三步： 路線平面設(shè)計(jì):硏究道路的基本走向及線形的過程。路線縱斷面設(shè)計(jì)：硏究道路縱坡及坡長的過程。路線橫斷面設(shè)計(jì):研究路基斷面形狀與組成的過程。二、汽車行駛軌跡與道路平面線形(-)汽車行駛軌跡行駛中汽車的軌跡的幾何特征:點(diǎn)擊歹工程資料免費(fèi)下載(1) 軌跡連續(xù)：連續(xù)和圓滑的，不出現(xiàn)錯頭和折轉(zhuǎn);(2)曲率連續(xù)：即軌跡上任

2、一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個曲率的值。(3)曲率變化連續(xù):即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個曲率變化率的值。（二）平面線形要素行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸的關(guān)系：現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱為平面線形三要素。二、直線直線的特點(diǎn) 距離短，直捷，通視條件好。 汽車行駛受力簡單，方向明確，駕駛操作簡易。 便于測設(shè)。2缺點(diǎn) 線形難于與地形相協(xié)調(diào) 過長的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦，難以目測車間距離。 易超速最大直線長度問題:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:直線的最大與最小長度應(yīng)有所限制。德國:20v ( m ) o美國:3mile (4.38km )我國：暫無強(qiáng)制規(guī)定景觀有變化n20v ; <3km景觀單調(diào)0 20v公路

3、線形設(shè)計(jì)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，而是必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形。采用長的直線應(yīng)注意的問題: 公路線形應(yīng)與地形相適應(yīng)，與景觀相協(xié)調(diào)，直線的最大長度應(yīng)有所限制”當(dāng)采用 長的直線線形時，為彌補(bǔ)景觀單調(diào)的缺陷，應(yīng)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。(1) 直線上縱坡不宜過大，易導(dǎo)致高速度。(2) 長直線盡頭的平曲線，設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑性能(3)直線應(yīng)與大半徑凹豎曲線組合，視覺緩和。(4 )植樹或設(shè)置一定建筑物、雕塑等改善景觀。三、直線的最小長度 直線的長度：前一個曲線終點(diǎn)到下一個曲線起點(diǎn)之間的距離。yz(zh)zh ( zy)之間的距離 點(diǎn)擊抄工程資料免費(fèi)下

4、載1同向曲線間的直線最小長度同向曲線：指兩個轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線規(guī)范:當(dāng)v>60km時,lmin6v ;當(dāng)vs40km時，參考執(zhí)行直線短，易產(chǎn)生是反向曲線的錯覺，再短，易將兩個曲線看成是一個曲線斷背曲線嶺作失誤事故2反向曲線間的直線最小長度反向曲線：指兩個轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線規(guī)范規(guī)定：vn60km時:不小于2v。一考慮超高加寬的需要。設(shè)置緩和曲線時，可構(gòu)成s形曲線;vs40km時：參考執(zhí)行三、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑1 .汽車在平曲線上行駛時力的平衡 受力分析：橫向力x失穩(wěn)豎向力y穩(wěn)定離心力作用點(diǎn)：汽車重心，方向：水平背離圓心。

5、離心力f與汽車重力g分解:x平行于路面的橫向力y垂直于路面的豎向力，由于路面橫向傾角a般很小，則singtggih z cosal z其中ih稱為橫向超高坡度z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 （注：u越大，行車越不穩(wěn)定）2 橫向傾覆條件分析 橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時,由于橫向力的作用，使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地 點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。臨界條件：傾覆力矩二穩(wěn)定力矩。橫向傾覆平衡條件分析: 傾覆力矩：x hg穩(wěn)定力矩：3.橫向滑移條件分析橫向滑移：平曲線上，因橫向力的存在，汽車可能產(chǎn)生橫向滑移。產(chǎn)生條件：橫向力大于輪胎與路面的橫向附著力。極限平衡條件: 橫向滑移穩(wěn)定條件

6、:4.橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性主要取決于：|j的大小。汽車重心較低，一般b"hg ,而 hv0.5,即汽車在平曲線上行駛時，先滑移，后傾覆。保證不產(chǎn)生橫向滑移,即可保證橫向穩(wěn)定性。保證橫向穩(wěn)定性的條件: 側(cè)翻示例:四、圓曲線道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)平曲線來實(shí)現(xiàn)路線方向的改變、圓曲線的特點(diǎn)點(diǎn)擊錚工程資料免費(fèi)下載 圓曲線半徑r二常數(shù)，曲率1/r二常數(shù)，易測設(shè)計(jì)算。 對地形、地物、環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。 多占用車道寬。 視距條件差(r小時)路塹遮擋二、圓曲線半徑(-)計(jì)算公式與因素 根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑 當(dāng)設(shè)超高時： 式中：v計(jì)算行車速度,(km/h );m橫向力系數(shù)；i

7、h超高橫坡度；il路面橫坡度。不設(shè)超高時：1 .橫向力系數(shù)p對行車的影響及其值的確走:(1)危及行車安全汽車輪胎不在路面上滑移，要求： 與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)； 干燥路面：0.40 0.80 z潮濕路面：0.25 0.40。結(jié)冰和積雪:<0.2 z冰面:0.06 (不加防滑鏈)。(2) 增加駕駛操縱的困難在橫向力作用下，輪胎會產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成 個橫向偏移角；影響操控性。(3) 增加燃料消耗和輪胎磨損p使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。(4) 旅行不舒適卩值的增大,乘車舒適感惡化。當(dāng)p <0.10時z不感到有曲線存在z很平穩(wěn);當(dāng)p二0.1

8、5時，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；當(dāng)j二0.20時，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定；當(dāng)p二0.35時,感到有曲線存在，不穩(wěn)定；當(dāng)p二0.40時，有傾車的危險(xiǎn)感，非常不穩(wěn)定，美國 aashto 認(rèn)為：vs70km/h 時0.16 ,v=80km/h 時p二 0.12。p的舒適界限,由0.10到0.16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。2關(guān)于最大超高：離心力可設(shè)超高來緩解，但也不能超高太大，可能有停駛車輛z因此式中：ihmax允許的超高值一年四季中路面最小的橫向摩阻系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高速公路、一級公路：不應(yīng)大于10% ,其它各級公路：不應(yīng)大于8%o在積雪冰凍地區(qū)：不宜大于6%。（二）最小

9、半徑的計(jì)算最小半徑的實(shí)質(zhì): 橫向力uw摩阻力cph , 乘車人感覺良好。根據(jù)不同取值半徑分為：1. 極限最小2. 般最小3. 不設(shè)超高最小1 .極限最小半徑是各級公路采用最大超高imax和允許的最大橫向摩阻系數(shù)下保證安全行車的最 小允許半徑。ihmax = 8% z (ph = 0.1-0.172.一般最小半徑是各級公路采用允許超高ih和橫向摩阻ph下保證安全行車的最小允許半徑。ih = 6cph 二 0.05 0.063不設(shè)超高的最小半徑圓曲線半徑大于一走數(shù)值時，可以不設(shè)置超高，而允許設(shè)置等于直線路段路拱的 反超高。ih 二0.015 z (ph = 0.035 0.040 ;ih二 0.0

10、25, cph = 0.0400.0504. 最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用最小半徑指標(biāo)4 最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用(1) 在不得已情況下方可使用極限最小半徑；(2) 當(dāng)?shù)匦螚l件許可時，應(yīng)盡量采用大于一般最小半徑的值；(3) 有條件時,最好采用不設(shè)超高的最小半徑。(4) 選用曲線半徑時，應(yīng)注意前后線形的協(xié)調(diào)，不應(yīng)突然采用小半徑曲線；(5) 長直線或線形較好路段,不能采用極限最小半徑。(6 )從地形條件好的區(qū)段進(jìn)入地形條件較差區(qū)段時，線形技術(shù)指標(biāo)應(yīng)逐漸過渡, 防止突變。(三) 圓曲線最大半徑 選用圓曲線半徑時,在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采用大半徑。但半徑大到一定程度時:1. 判斷上的錯誤反而帶來不良后果,

11、2. 增加無謂計(jì)算和測量上的麻煩。規(guī)范規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過10000 mo（四）圓曲線最小長度lmin> 3v（m/s）三秒行車五、緩和曲線一、緩和曲線的作用與性質(zhì)（一）緩和曲線的作用1 .曲率連續(xù)變化，便于車輛行駛2離心加速度逐漸變化，旅客感覺舒適3超高橫坡度逐漸變化，行車更加平穩(wěn)4與圓曲線配合得當(dāng)，增加線形美觀（二）緩和曲線的性質(zhì)二、回旋線作為緩和曲線回旋曲線、三次拋物線和雙紐線線形比較： 回旋曲線、三次拋物線和雙紐線在極角較?。?。6。）時，幾乎沒有差別。隨著極角的增加，三次拋物線的長度比雙紐線的長度增加的較快，而雙紐線的長 度又比回旋線的長度增加得快些?；匦€的半徑減小得

12、最快”而三次拋物線則減小的最慢。從保證汽車平順過渡的 角度看，三種曲線都可以作為緩和曲線。此夕卜，也有使用n次（）拋物線、正弦形曲線、多圓弧曲線作為緩和曲線的。 但世界各國使用回旋曲線居多,我國標(biāo)準(zhǔn)推薦的緩和曲線也是回旋線。滿足乘車舒適感的緩和曲線最小長度:我國公路計(jì)算規(guī)范般建議ass0.62超高漸變率適中由于緩和曲線上設(shè)有超高緩和段，如果緩和段太短，則會因路面急劇地由雙坡變?yōu)閱纹露纬梢环N扭曲的面，對行車和路容均不利。規(guī)范規(guī)定了適中的超高漸變率，由此可導(dǎo)出計(jì)算緩和段最小長度的公式: 式中：b旋轉(zhuǎn)軸至行車道（設(shè)路緣帶時為路緣帶）夕卜側(cè)邊緣的寬度；i超高坡度與路拱坡度代數(shù)差（ ）；p超高漸變率，

13、即旋轉(zhuǎn)軸線與行車道夕m則邊緣線之間的相對坡度。3行駛時間不過短緩和曲線不管其參數(shù)如何，都不可使車輛在緩和曲線上的行駛時間過短而使司機(jī)駕駛操縱過于匆忙。一般認(rèn)為汽車在緩和曲線上的行駛時間至少應(yīng)有3s標(biāo)準(zhǔn)按行駛時間不小于3s的要求制定了各級公路緩和曲線最小長度。（二）回旋曲線參數(shù)的確定 在一般情況下，特別是當(dāng)圓曲線半徑較大時，車速較高時，應(yīng)該使用更長的緩和 曲線?；匦€參數(shù)表達(dá)式：a2 = r ls從視覺條件要求確走a: 考察司機(jī)的視覺，當(dāng)回旋曲線很短，其回旋線切線角（或稱緩和曲線角）b在3° 左右時，曲線極不明顯，在視覺上容易被忽略。回旋線過長b大于29。時，圓曲線與回旋線不能很好協(xié)調(diào)

14、。適宜的緩和曲線角是并3。 29%由旳=3。 29。推導(dǎo)出合適的a值：將卩0二3。和旳二29。分別代入上式，則a的取值范圍為：（三）緩和曲線的省略在直線和圓曲線間設(shè)置緩和曲線后，圓曲線產(chǎn)生了內(nèi)移，其位移值為p,在ls 一定的情況下，p與圓曲線半徑成反比，當(dāng)r大到一定程度時，p值將會 很小。這時緩和曲線的設(shè)置與否，線形上已經(jīng)沒有多大差異。一般認(rèn)為當(dāng)p<0.10時，即可忽略緩和曲線。如按3s行程計(jì)算緩和曲線長度時, 若取p二0.10 z則不設(shè)緩和曲線的臨界半徑為：（三）緩和曲線的省略 由上表可知，設(shè)緩和曲線的臨界半徑比不設(shè)超高的最小半徑小?？紤]到緩和曲線 還有完成超高和加寬的作用，應(yīng)按超高控

15、制。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)公路的平曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時，應(yīng)設(shè)緩和曲線。四級公路可不設(shè)緩和曲線。規(guī)范規(guī)定可不設(shè)緩和曲線的情況：(1)在直線和圓曲線間,當(dāng)圓曲線半徑大于或等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)走的不設(shè)超高 的最小半徑時；(2 )半徑不同的同向圓曲線間，當(dāng)小圓半徑大于或等于不設(shè)超高的最小半徑 時；(3 )小圓半徑大于表7.4.2中所列半徑，且符合下列條件之一時：小圓曲線按規(guī)定設(shè)置相當(dāng)于最小緩和曲線長度的回旋線時,其大圓與小圓的內(nèi)移值之差不超過0.1m設(shè)計(jì)速度n80km/h時，大圓半徑與小圓半徑之比小于1.5設(shè)計(jì)速度 80km/h時，大圓半徑與小圓半徑之比小于2直線計(jì)算：四、圓曲線幾何元素：五、曲線主點(diǎn)里程樁號

16、計(jì)算：計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號，記為jd ,zy=jd-tyz二zy+lqz 二 zy+l/2jd 二 qz+j/2六、冋旋線回旋線的應(yīng)用范圍：緩和曲線起點(diǎn)：回旋線的起點(diǎn),1=0 z r=oo ； 緩和曲線終點(diǎn)：回旋線某一點(diǎn),i = ls z r二r。則rls=a2 ,即回旋線的參數(shù)值為：2.回旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式:對dx,dy分別進(jìn)行積分：回旋線終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式:七、路線平而設(shè)計(jì)成果1. 設(shè)計(jì)圖：路線平面設(shè)計(jì)圖；道路平面布置圖2. 設(shè)計(jì)表：直線、曲線及轉(zhuǎn)角表；逐樁坐標(biāo)表；路線固定表；總里程及斷鏈樁 衣夸o一、直線、曲線及轉(zhuǎn)角表直線、曲線及轉(zhuǎn)角表全面地反映了路線的平面位置和路線平面線形的各項(xiàng)指標(biāo),它是道路設(shè)計(jì)的主要成果之一。平面線形設(shè)計(jì)成果：路線各交點(diǎn)樁號jd ;半徑r ;緩和曲線長度ls ;公路偏角 a ；交點(diǎn)坐標(biāo)（x , y ）等。二逐樁坐標(biāo)表(-)坐標(biāo)系統(tǒng)的采用：1 .采用統(tǒng)一的高斯正投影3。帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)；2采用高斯正投影資帶