道路平面線形設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上Ch3 道路平面線形設計 【本章主要內容】3-1 平面線形概述 3-2 直線 3-3 圓曲線 3-4 緩和曲線（3h) 3-5 平面線形的組合與銜接 3-6 行車視距 3-7 道路平面設計成果【本章學習要求】 掌握平面線型的基本組成要素:直線、圓曲線、緩和曲線的設計標準、影響因素及確定方法、要素計算；行車視距的種類及保證；平面設計的設計成果；了解平面線型的組合設計。本章重點：緩和曲線設計與計算、平面設計注意事項，難點：緩和曲線。 專心-專注-專業(yè)3-1 道路平面線形概述基本要求：掌握平面線形的概念，平面線形三要素， 了解汽車行駛軌跡對道路線形的要求。重 點：平面線形的

2、概念。難 點：平面線形三要素。1 平面線形的概念平面線形道路中線在平面上的水平投影，反映道路的走向。2 平面線形三要素21 汽車行駛軌跡大量的觀測和研究表明，行駛中的汽車，其導向掄旋轉面與車身縱軸之間的關系對應的行駛軌跡為：1) 角度為0時，汽車的行駛軌跡為直線；2) 角度不變時，汽車的行駛軌跡為圓曲線；3) 角度勻速變化時，汽車的行駛軌跡為緩和曲線。行駛中的汽車，其軌跡在幾何性質上有以下特征：1)軌跡是連續(xù)和圓滑的；2)曲率是連續(xù)的；3)曲率的變化是連續(xù)的。直線一圓曲線一直線 符合第（1）條規(guī)律直一緩一圓一緩一直 符合第（1）、（2）條規(guī)律整條高次拋物線可能符合全部規(guī)律，但計算困難，測設麻煩

3、。2.2平面線形要素直線、圓曲線、緩和曲線 稱為平面線形的三要素。3-2 直線 基本要求：了解直線的使用特點和適用條件；掌握直線的設計標準及計算。重 點：直線的設計標準。難 點：路線方位角、轉角的計算。1 直線的特點1.1 以最短的矩離連接兩目的地；1.2 線形簡單，容易測繪；1.3 長直線，行車安全性差；1.4 山區(qū)、丘陵區(qū)難與地形與周圍環(huán)境協(xié)調。2 設計標準2.1直線最大長度1）限制理由2）直線最大長度： 20V。2.2直線最小長度L min1）同向曲線間的L min：6V。 其中直線很短時，形成所謂的“斷背曲線”。 2）反向曲線間的L min：2V。 考慮其超高和加寬緩和的需要，以及駕駛

4、人員的操作方便。 3 直線的運用3.1適用條件 1）路線完全不受地形、地物限制的平原區(qū)或山間的開闊谷地； 2）市鎮(zhèn)及其近郊或規(guī)劃耕區(qū)等； 3）長大橋梁、高架橋、隧道等路段； 4）平面交叉口附近，為爭取較好的行車和通視條件； 5）雙車道公路提供超車的路段。3.2注意問題 1）不宜過長； 2）長直線上縱坡不宜過大； 3）長直線盡頭不得設置小半徑平曲線； 4）不宜過短。4 直線的表達式（補充）已知直線上兩點的坐標（X1，Y1）（X2，Y2）則直線的數學表達式為： Y-Y1 X-X1 Y2-Y1 X2-X1兩點間的直線長度：L=（X1-X2）2+（Y1-Y2）2 1/23-3 圓曲線 基本要求：了解圓

5、曲線的使用特點和適用條件；掌握圓曲線的設計標準及要素計算。重 點：圓曲線半徑的設計標準。難 點：曲線樁號的敷設。規(guī)范規(guī)定：各級公路不論轉角大小，均應設置曲線。 1 特點圓曲線是路線上常采用的最簡單的曲線，其主要特點是：1）曲線上任意點的曲率半徑為常數，故測設比緩和曲線簡便；2）汽車在曲線上行駛時受到離心力；3）汽車在曲線上行駛時要多占用寬度；4）視距條件差；2 圓曲線半徑2.1圓曲線半徑計算的一般公式R=V2/127(i)- 取整！關于值：橫向力存在，對行車會產生影響。主要表現為：（1）危及行車安全，使汽車產生側滑或傾覆的危險 要求：u0 、u b/2hg（2）增加操縱困難，（3）增加燃料消耗

6、和輪胎磨損，（4）行旅不舒適。2.2考慮因素1）行車 2）施工 3）地形 4）線形均衡 5）縱坡2.3設計標準1）極限最小半徑 R1 ：僅保證行車安全，在任何條件下均必須滿足。按=0.15,i= 8%計算,見表3-4、5。2）一般最小半徑 R2 ：考慮使用質量、線形協(xié)調、等級提高等多方面的因素，設計時盡量采用大于或等于R2的值。 按相應的，i計算，見表3-4、5。3）不設超高最小半徑 R3：R很大時，車輛在彎道上行駛所受的離心力很小，可不設超高。按=0.04，i= -2%計算，見表3-8。4）不設緩和曲線最小半徑 R4 公路：R1 R2 R3 =R4 城市道路：R1 R2 R3 2.0%750

7、05250335019008004502004) 最大半徑 規(guī)范規(guī)定Rmax10000為宜。3 圓曲線的幾何要素切線長 T=Rtg/2 曲線長 L=/180R外失矩 E=R（ sec/2 1）校正數 J=2T-L4 樁號敷設JD - T ZY + L/2 QZ + L/2 YZ -T+J JD例：某道路有一彎道，轉角=38o30，彎道半徑R=400m，交點JD的樁號為K17+568.38，試計算該彎道敷設了圓曲線后三個特征點的樁號。3-4 緩和曲線 基本要求：掌握緩和曲線的定義、作用、要素計算方法及設計標準；了解回旋參數A的意義。重 點：帶有緩和曲線的平曲線的要素計算。難 點：緩和曲線的設計標

8、準。緩和曲線是指在直線和圓曲線或者半徑不同的同向圓曲線之間，設置的曲率連續(xù)變化的曲線。1 緩和曲線的作用 1.1線形緩和1.2行車緩和1.3超高緩和1.4加寬緩和2 緩和曲線線形的選擇假設汽車從R= 的直線段，過渡到半徑為R的圓曲線上時，R是均勻變化的（ R）。在過渡過程中，汽車以等速v（m/s）通過L s 距離，所用時間t(s)，駕駛員以等角速度順適轉動方向盤，汽車前輪轉向角由0逐漸變化到（定值），則=k t。K為轉向齒輪系數。汽車軸距d，軌跡半徑r，則r= d/tg 很小 ,則tg 則 r= d/= d/(kt) t= d/(kr) 汽車以v等速前進，t 時間后：L s=vt = vd/(

9、kr) 令vd/k=A2 可得 L sr= A2滿足回旋線方程， 則用回旋線作為緩和曲線。 推證說明，汽車勻速從直線進入圓曲線（或相反）其行駛軌跡的弧長與曲線的曲率半徑之乘積為一常數。此軌跡與數學上的回旋曲線相一致。我國規(guī)范規(guī)定取回旋線作為緩和曲線。 3 回旋曲線的數學表達式3.1基本表達式：rl= A23.2參數表達式：x=l-l3/40r2+l5/3456r4 = l-l5/40R2 Ls2 y=l2/6r-l4/336r3+l6/42240r5= l3/6RLs l7/336R3Ls33.3回旋曲線的要素計算（略） 4 帶有緩和曲線的道路平曲線幾何要素切線增值：q=Ls/2主圓曲線的內移

10、值：p=Ls2 /24R緩和曲線角：0=28.6479Ls/R（） = Ls/2R（rad）總切線長：T=(R+p)tg/2+q總曲線長：L=(-20) (/180)R +2Ls外 矩：E=(R+p)sec/2-R校正數：J=2T-L 5 樁號敷設JD- TZH+ LsHY+(L-2Ls)/2QZ+ (L-2Ls)/2YH+ LsHZ- T+JJD例題：在平原區(qū)某二級公路有一彎道R=400m， Ls=70m,交點JD的樁號為K17+568.38,轉角=3830，試計算該曲線上設置緩和曲線后的五個基本樁號。 6 設計標準6.1緩和曲線的最小長度1）依離心加速變化率：操縱駕駛從容，旅客感覺舒適;

11、2）依司機操作反應時間：Ls=V/1.2 3）超高漸變率適中：Ls=Bi/P 4）使線型協(xié)調、和諧：Ls：Ly：Ls=1：1：11：2：1 標準規(guī)定了各級公路緩和曲線最小長度如P.51表3-6。各級公路緩和曲線最小長度設計速度 （Km/h) 1201008060403020緩和曲線最小長度(m)1008570503525206.2緩和曲線的省略規(guī)范規(guī)定下列情況之下可不設緩和曲線。1) 四級公路可不設緩和曲線2）直線與圓曲線之間，當圓曲線半徑大于或等于“不設超高最小半徑”時；3）半徑不同的同向圓曲線之間，符合下述條件時可不設緩和曲線而構成復曲線。 A小圓半徑大于“不設超高最小半徑”時 B小圓半徑

12、大于“小圓臨界曲線半徑”且符合下列條件之一時復曲線中的小圓臨界曲線半徑設計速度 （Km/h) 1201008060403020臨界曲線半徑(m)21001500900500250130-小圓曲線按規(guī)定設置相當于最小回旋線長的回旋線時， 其大圓與小圓的內移值之差不超過0.10m。計算行車速度80km/h時，大圓半徑與小圓半徑之比1.5計算行車速度80km/h時，大圓半徑與小圓半徑之比27 回旋參數A的確定從視覺要求出發(fā)，當緩和曲線很短使緩和曲線角3時，則緩和曲線極不明顯，在視覺上易被忽略，但若緩和曲線過長值大于29時，圓曲線與緩和曲線不能很好協(xié)調，因此，從適宜的緩和角度值（3-29）范圍可推導出

13、適宜的A值。 由0=28.6479Ls/R 得Ls=R0 /28.6479 而A2=LsR 將=3、=29分別代入得R/3AR 設計中，一般當R接近于100m，取A=R R100m時，AR R較大或接近于3000m時，A=R/3 R3000m時，AR/33-5 平面線形的組合與銜接 1 一般原則1.1平面線形應直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調；1.2行駛力學上的要求是基本的，視覺和心理上的要求對高速公路應盡量滿足；1.3保持平面線形的均衡與連貫；1.4應避免連續(xù)急彎；1.5平曲線應有足夠的長度。2 平面線形要素組合的類型2.1簡單型曲線：直線圓曲線直線 條件：圓曲線半徑

14、R不設超高最小半徑R不設。2.2基本型曲線：直線-緩和曲線-圓曲線-緩和曲線-直線條件： 20 回旋線圓曲線回旋線長度之比最好設成1：1：1 1：2：12.3 S型曲線：用兩個回旋線連接兩個反向圓曲線的組合。相鄰兩個回旋線參數最好相等，A1/A21.5為宜。須插入短直線時，其長度L（A1+A2）/40。兩圓曲線半徑之比不宜過大，以R2/R1=1 1/3為宜。 2.4卵型曲線：用一個回旋線連接兩個同向圓曲線的組合。 回旋參數A宜在下列界限之內：R2/2 A R2兩圓曲線半徑之比宜在下列界限之內：0.2R2 /R1 0.8兩圓曲線的間距宜在下列界限之內：0.003D/R2 0.03R1-大圓半徑，

15、 R2-小圓半徑2.5凸型曲線：兩同向回旋線間不插入圓曲線而直接徑向銜接的組合。 在嚴格受地形、地物限制處方可采用。2.6復合型曲線：兩個以上同向回旋線間在曲率相等處相互銜接的組合。兩回旋線參數之比宜為：A2/A1=1/1.5除受地形和其他特殊限制的地方一般很少使用。2.7 C型曲線：同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑相銜接。特殊地形條件下方可采用。28復曲線：兩個或兩個以上半徑不同、轉向相同的圓曲線徑相銜接。滿足緩和曲省略條件（2）方可采用。29回頭曲線：在山區(qū)公路為克服高差在同一坡面上展線時所采用的、其圓心角一般接近或大于180o的曲線。前后線形應有連續(xù)性，兩頭宜布設過渡性曲線。3-6 行車

16、視距 基本要求：掌握行車視距的種類、定義、各級公路對行車視距的要求。重 點：停車視距。1行車視距的定義為保證行車安全，當司機看到一定距離外的障礙物或迎面來車時，進行汽車剎車或繞過它們而在路上行駛所必須的安全距離，稱為行車視距2 行車視距種類及計算2.1停車視距：汽車在路上行駛時，司機看到前方障礙物，緊急安全制動所需的最短距離。S停 S反+ S制+ S安 （ i)+S安2.2會車視距：兩輛對向行駛的汽車在同一車道上及時剎車所必須的距離。 S會2S停2.3超車視距：汽車行駛時為超越前車所必須的距離。 S超 S+ S+ S + S高速公路、一級公路停車視距設計速度（m/h)停車視距(m)二、三、四級

17、公路停車視距、會車視距與 超車視距設計速度（m/h)停車視距(m)會車視距(m)超車視距(m)城市道路的各類視距規(guī)范上無明確規(guī)定值，由具體情況計算。3 各級公路對視距的要求規(guī)范規(guī)定：1）高速公路、一級公路采用停車視距（分向，分道行駛）；2）其它各等級公路應滿足會車視距的要求，其長度2 S停3）工程特殊困難或受其它條件限制地段，可采用S停，但必須采取措施分道行駛，對向行駛的雙車道公路要求有一定比例路段保證S超。3-7 道路平面設計成果1 （如表3-14）2 （如圖3-25、27）道路平面設計圖是道路設計文件的重要組成部分。該圖全面、清晰地反映了道路平面位置和道路所經過地區(qū)的地形、地物等情況，它是設計人員設計意圖的重要體現。平面設計圖無論是提供有關部門審批、專家評議，還是日后指導施工等都有重要作用。1）繪圖比例：公路一般為1：2000-1：5000； 城市道路一般為1：