道路线形设计课件.ppt
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1、第四章 道路线形设计,内容提要:,汽车行驶轨迹特性与道路平面线形要素 。 直线的特点和运用、最大长度和最小长度。圆曲线的特点、半径大小及其长度 。缓和曲线的性质、形式及最小长度和参数 。平面线形设计原则。,第一节 概 述,一、路线的相关概念 道路:一条三维空间的实体,是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。 路线:道路中线的空间位置。 线形:道路中心线的立体形状。 路线平面:路线在水平面上的投影。 路线纵断面:沿中线竖直剖切再行展开的断面(展开是指展开平面、纵坡不变)。 路线横断面:中线上任一点的法向切面。 路线设计:确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。,二、平面线形设计的基本
2、要求,行驶中汽车的轨迹的几何特征:(1)轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的,即在任何一点上下不出现错头和破折;,(一)汽车行驶轨迹,(2)曲率连续。其曲率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。,(3)曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。,图 3-3 曲率连续的路线,(二)平面线形要素,行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系: 1角度为零: 2角度为常数: 3角度为变数:,汽车行驶轨迹线曲率为0直线曲率为常数圆曲线曲率为变数缓和曲线,平面线形三要素:直线、圆曲线和缓和曲线。道路平面线形设计,是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求,合理地确定各线形要
3、素的几何参数,保持线形的连续性和均衡性,避免采用长直线,并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路,线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。,(二)平面线形要素,美国“死亡谷”,第二节 直线,一、直线的特点 优点两点之间距离最短。具有短捷、直达的印象。行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易。测设简单方便(用简单的测量仪器就可以精确量距、放样等)。在直线上设构造物更具经济性。,直线单一无变化,与地形及线形自身难以协调。过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时,易使驾驶人员感到单调、疲倦。 在直线纵坡路段,易错误估计车间距离、行车速度及上坡坡度。易对长直线估计得过短
4、或产生急躁情绪,超速行驶。,缺 点,二、直线的运用,宜采用直线线形的路段:(1)不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地;(2)市镇及其近郊,或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区;(3)长的桥梁、隧道等构造物路段; (4)路线交叉点及其前后;(5)双车道公路提供超车的路段。,第三节 圆曲线 一、圆曲线的特点,各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线。 圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特点:曲率1/R=常数,测设和计算简单;比直线更能适应地形的变化;在圆曲线上行驶要受到离心力的作用;要比在直线上行驶多占用道路宽度;在小半径的圆曲线内侧行驶时,视距条件较差。,圆曲线几何元素为:,计算基
5、点为交点里程桩号,记为JD, ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 JD=QZ+J/2,曲线主点里程桩号计算:,(一)计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径:,二、圆曲线半径,(一)计算公式与因素,根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径:,式中:V计算行车速度,(km/h); 横向力系数; ih超高横坡度; i1路面横坡度。,当设超高时 :,不设超高时 :,(1)安全性-危及行车安全 汽车能在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路面上滑移,这就要求横向力系数低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数h: h h与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关,一般在干燥路面上
6、约为0.40.8,在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时,降低到0.250.40。路面结冰和积雪时,降到0.2以下,在光滑的冰面上可降到0.06(不加防滑链)。,1横向力系数对行车的影响及其值的确定:,(2)增加驾驶操纵的困难,弯道上行驶的汽车,在横向力作用下,弹性的轮胎会产生横向变形,使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角。,(3)增加燃料消耗和轮胎磨损,使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。,(4)行旅不舒适,随着值的增大,乘车舒适感恶化。 当超过一定数值时,驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张,乘客感到不舒适。 0.10.15间,舒适性可以接受。 综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求,最大横向
7、力系数采用:,标准规定: 高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%, 其它各级公路不应大于8%。 在积雪冰冻地区,最大超高横坡度不宜大于6%。,2关于最大超高:,ih,标准中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时,所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限,并使乘车人感觉良好的曲线半径值。,(二)最小半径的计算,汽车在曲线上行驶时保持稳定的必要条件是汽车所受横向力被车轮轮胎与路面之间的摩阻力抵消,若横向力大于摩阻力,则汽车出现横向滑移。因此,在设计时应控制横向力系数不超过摩阻系数h。因此用h代替
8、来计算平曲线的最小半径才更符合实际情况。,R-圆曲线半径;V-设计速度(km/h);h-车轮轮胎与路面之间的横向摩阻系数;ih-超高横坡度。,是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全行车的最小允许半径。,1极限最小半径,极限最小半径:在规定的设计速度时,按ih=8%,h=0.1-0.16。,极限最小半径是线路设计中的极限值,是在特殊困难条件下不得已才使用的,一般不轻易采用。,一般最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。,2一般最小半径,一般最小半径:在规定的设计速度时,按ih=6%-8%,h=0.05-0.06。,一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径
9、。,圆曲线半径大于一定数值时,可以不设置超高,而允许设置等于直线路段路拱的反超高。从行驶的舒适性考虑,必须把横向力系数控制到最小值。,3不设超高的最小半径,各级公路与城市道路圆曲线的最小半径 -P72 表1-4-4、表1-4-5。,4.最小半径指标的应用,(1)公路线形设计时应根据沿线地形等情况,尽量选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径;(2)当地形条件许可时,应尽量采用大于一般最小半径的值;(3)有条件时,最好采用不设超高的最小半径。(4)选用曲线半径时,应注意前后线形的协调,不应突然采用小半径曲线;(5)长直线或线形较好路段,不能采用极限最小半径。(6)从地形条件好的区段进入地
10、形条件较差区段时,线形技术指标应逐渐过渡,防止突变。,(三)圆曲线最大半径,选用圆曲线半径时,在与地形等条件相适应的前提下应尽量采用大半径。但半径大到一定程度时,其几何性质和行车条件与直线无太大区别,容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果,同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。规范规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。,一、缓和曲线的作用与性质缓和曲线曲率变化缓和曲线的作用 1曲率连续变化,便于车辆行驶 2离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适 3超高横坡度逐渐变化,行车更加平稳 4与圆曲线配合得当,增加线形美观,第四节 缓和曲线,回旋线作为缓和曲线,回旋线的数学表达式 回旋线是公路路线设计
11、中最常用的一种缓和曲线。我国标准规定缓和曲线采用回旋线。回旋线的基本公式为: rl=A2 (rl=C) 式中:r回旋线上某点的曲率半径(m); l回旋线上某点到原点的曲线长(m); A回旋线的参数。A表征回旋线曲率变化的缓急程度。,道路平面线形三要素的基本组成是:直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线。(1)几何元素的计算公式:,有缓和曲线的道路平曲线几何元素:,回旋线终点处内移值:,回旋线终点处曲率圆圆心x坐标:,回旋线终点处半径方向与Y轴的夹角 :,(1)几何元素的计算公式,切线长:,曲线长:,外距:,校正值:J = 2T - L,(2)主点里程桩号计算方法:,以交点里程桩号为起算点:ZH
12、 = JD THY = ZH + LsQZ = ZH + L/2YH = HZ LsHZ = ZH + L,例题:,已知平原区某二级公路有一弯道,偏角右=152830,半径R=600m,缓和曲线长度Ls=70m, JD=K2+536.48。要求:计算曲线主点里程桩号。,J=2T-L=2116.565-232.054=1.077,解:(1)曲线要素计算:,(2)主点里程桩号计算:,以交点里程桩号为起算点:JD = K2+536.48 ZH = JD T =K2+536.48 - 116.565 = K2+419.915 HY = ZH + Ls = K2+419.915 +70 = K2+489
13、.915 QZ = ZH + L/2= K2+419.915+232.054/2 =K2+535.942 HZ = ZH + L = K2+419.915 +232.054 =K2+651.969 YH = HZ Ls = K2+651.97 70=K2+581.969,四、缓和曲线的最小长度及参数(一)缓和曲线的最小长度 1.旅客感觉舒适 2.超高渐变率适中 3.行驶时间不过短,表1-4-6,(二)缓和曲线参数A值 1. 回旋线最小参数值 公路平面线形设计时,不仅可以选定缓和曲线长度,同样也可以选定缓和曲线参数A值。 2.视觉要求A与R的关系 R/3AR 当R接近100m时,取A等于R; 当
14、R小于100m时,则取A等于或大于R; 在圆曲线较大时,可选择A在R/3左右; 如R超过了3000m,可取A小于R/3。,规范规定可不设缓和曲线的情况:,(1)在直线和圆曲线间,当圆曲线半径大于或等于标准规定的“不设超高的最小半径”时;(2)半径不同的同向圆曲线间,当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时;(3)小圆半径大于表1-4-7(书P76页)中所列半径,且符合下列条件之一时:,小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时,其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。计算行车速度80km/h时,大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于1.5。计算行车速度80km/h时,大圆半径(R
15、1)与小圆半径(R2)之比小于2。,作业:,已知平原区某二级公路,设计速度为80km/h,有一弯道,半径R=250m,偏角右=383000, JD=K17+568.38。试计算该曲线上设置缓和曲线后的五个基本桩号。,1.行车视距定义:汽车在行驶中,当发现障碍物后,能及时采取措施,防止发生交通事故所需要的必须的最小距离。 2.存在视距问题的情况: 夜间行车:设计不考虑 平面上:平曲线(暗弯),第三节 行车视距,平面交叉处 纵断面:凸竖曲线 凹竖曲线: (下穿式立体交叉),(1)停车视距:汽车行驶时,自驾驶人员看到前方障碍物时起,至到达障碍物前安全停止,所需的最短距离。 (2)会车视距:在同一车道
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