第2章道路平面设计课件.ppt
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1、第2章,道路平面设计,2.1 路线平面的基本线形,2.2 弯道的超高与加宽,2.2 圆曲线,2.4 缓和曲线,2.5 行车视距,2.6 平面线形的组合与衔接,2.7 路线的平面交叉,2.8 路线平面图的绘制,道路勘测设计 中国地质大学,路线-指道路中线 。线形-道路中线的空间形状。, 2.1 路线平面的基本线形 1.路线(route of road),路线的平面(horizontal)-道路中线在水平面上的投影。 路线纵断面(vertical)-沿着中线竖直剖切,再行展开。公路横断面(cross-sectional)-中线各点的法向切面。,中线, 2.1 路线平面的基本线形 1.路线(rout
2、e of road),(1)平面线形(horizontal alignment)要素 曲率为零的线形 .直线; 曲率为常数的线形. 圆曲线; 曲率为变数的线形 . 缓和曲线。(2)直线(tangent)(3)圆曲线(circular curve)(4)缓和曲线(transition curve) 可以作为缓和曲线的有:回旋曲线、三次抛物线、双纽曲线,常用的是回旋曲线。,直线、圆曲线、缓和曲线称为“平面线形三要素”, 2.1 路线平面的基本线形 1.路线(route of road),(1)直线(tangent)的特点:1)路线短捷、行车方向明确、视距良好、行车快速、驾驶操作简单。2)线形简单,
3、容易测设。3)直线路段能提供较好的超车条件(所以双车道的公路间隔适当处要设置一定长度的直线)。,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,4)从行车的安全和线形美观来看: 过长的直线,线形呆板,行车单调,易疲劳;也易发生超车和超速行驶,行车时司机难以估计车间距离;在直线上夜间对向行车易产生眩光。5)只能满足两个控制点的要求,难与地形及周围环境相协调。,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,(2)直线的标准规定:1)直线最大长度前苏联8km;美国3mile。总的原则:公路线形应与地形相适应,与景观相协调,直线的最大长度应有所限制,当采用长的直线线形时,为弥补景观单调的缺陷,应结合具体
4、情况采取相应的技术措施。,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,2)采用长的直线线形时,应注意的问题: 直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线形时,为弥补景观单调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题: 长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度 长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜,可以使生硬呆板的直线得到一些缓和,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,哪一个最优?, 两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、 雕塑、广告牌 等措施,以改善单调的景观。 长直线或长下坡尽头的平曲线必
5、须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,美国俄勒冈州典型沙漠公路,香榭丽舍与凯旋门,德 国 柏 林,2)直线的最小长度 同向曲线间的直线最小长度 同向曲线(adjacent curve in one direc-tion)-指两个转向相同的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。 A.当60km/h时,直线最小长度(以m计)(以km/h计)为宜 B.当40km/h时,可参照上述规定执行,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,2)直线的最小长度反向曲线间的直线最小长度 反向曲线(reverse curve)-指两个转向相反的相邻曲线间连以直线
6、所形成的平面线形。 A.当60km/h时,直线最小长度(以m计)(以km/h计)为宜 B.当40km/h时,可参照上述规定执行 C.特别困难四级15 m,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,断背曲线:互相通视的同向曲线间若插以短直线,容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线,这种线形破坏了线形的连续性,且容易造成驾驶操作的失误,通常称为断背曲线。设计中应尽量避免。,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,断背曲线,X,Y,直线的计算,2.1 路线平面的基本线形 2.平面线形组成,汽车的
7、行驶稳定性是指汽车在行驶过程中,在外部因素作用下,汽车尚能保持正常行驶状态和方向,不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。影响汽车行驶稳定性的主要因素 : 汽车本身结构参数、驾驶员操作技术以及道路与环境等外部因素。用力学平衡原理分析汽车行驶的稳定性,从而为道路几何线形设计提供依据,5.3 汽车的行驶稳定性,汽车行驶的纵向稳定性,纵向倾覆条件分析,用 纵向倾覆的临界状态 为分析依据,式中:0 Z1为零时极限坡道倾角 i 0 Z1为零时道路的纵坡度,纵向倒溜条件分析,倒溜状态:下滑力与附着力平衡,产生纵向倒溜临界状态时坡道倾角;i 产生纵向倒溜临界状态时道路纵坡度,其中对点O1取矩,可得:,纵向
8、稳定性的保证,分析式上面两式,一般l / hg接近1,而 远小于1,即ii0,汽车行驶的横向稳定性,汽车在平曲线上行驶时受力分析,式中:F 离心力 (N)R 平曲线半径 (m)V 汽车行驶速度 (m/s),概念:超高ih,路面横向倾角一般很小,则sintg=ih,cos1,单位车重力的横向力,车速v(m/s)化成V(km/h),公式表达了横向力系数与车速、平曲线半径及超高之间的关系。u值愈大、汽车在平曲线上的稳定性愈差,分析,式中:R平曲线半径 (m)u横向力系数V行车速度 (km/h)ih横向超高坡度,汽车在平曲线上行驶时受力分析,横向倾覆条件分析,为使汽车不产生倾覆,必须使倾覆力矩小于或等
9、于稳定力矩,Fih比G小得多略去不计,式中:b汽车轮距 (m)hg汽车重心高度 (m),将 代入,可得下式 :,利用此式可计算汽车在平曲线上行驶时,不产生横向倾覆的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V,横向滑移条件分析,使汽车不产生横向滑移,必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力,式中:h 横向附着系数,一般h =(0.60.7),值见P32,将 代入,可得下式 :,利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时,不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V,各类路面上附着系数的平均值链接,横向稳定性的保证,汽车不产生倾覆,汽车不产生滑移,超高(superelevation)指的是汽车
10、在圆曲线上行驶时,受横向力或离心力作用会产生滑移或倾覆,为抵消车辆在圆曲线路段上行驶时所产生的离心力,保证汽车能安全、稳定、满足设计速度和经济、舒适地通过圆曲线,在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡 。 当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时,为抵消一部分横向力,将行车道绕旋转轴旋转,逐渐形成外侧高内侧低的单一横向坡度,这种设置称为超高。,横向力和竖向力是反映汽车行驶稳定性的两个重要因素,横向力是不稳定因素,竖向力是稳定因素。但大小相等的横向力作用在不同的汽车上有不同的稳定程度,例如,5000N的横向力作用在小汽车上,可会使其产生横向倾覆,而作用在重型载重汽车上则安然无恙。为了准确地衡量
11、汽车在圆曲线上行驶时的稳定、安全和舒适程度,采用横向力与竖向力的比值,称为横向力系数(用u表示),它近似地可看作单位车重上受到的横向力。,2.2 圆曲线 1.概述,(1)圆曲线线形特征:1)曲线上任意一点的曲率半径R=常数,故测设比缓和曲线简便。2)汽车在圆曲线上的行驶要受到离心力;在平曲线上行驶时要多占路面宽。3)视距条件差,容易发生交通事故。4)较大半径的长缓圆曲线具有线形美观、顺适、行车舒适等特点。故常采用。,2.2 圆曲线 1.概述,2.2 圆曲线 1.概述,(2)平曲线长度 1)平曲线最小长度规定 从驾驶员操纵方便、行车舒适性以及视觉要求来看,应对平曲线长度加以限制。 公路按6s行程
12、长度控制;条件许可的按9s控制: LS:LY:LS1:1:1,才能使其线形美观、顺畅。,2.2 圆曲线 2.设计标准,(2)平曲线长度 2)小转角时的平曲线长度 当公路转角小于或等于7时,曲线长度往往看上去较实际长度为短。因为在曲线两端附近的曲线部分被误认为是直线,只有在交点附近的部分才能看出是曲线,这就会给驾驶员造成急转弯的错觉。,2.2 圆曲线 2.设计标准,2.2 圆曲线 2.圆曲线半径的确定,(1)一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为24的圆曲线半径;(2)地形条件受限制时,应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径;(3)地形条件特别困难不得已时,方可采用极限最小半径;(4)
13、应同前后线形要素相协调,使之构成连续、均衡的曲线线形,(2)超高坡度 1)最大超高坡度(极限最小半径时) 由平曲线半径计算公式(31)可得 (2.36) 当0时,在产生滑移的极限状态u= 时 故受横向滑移限制 ic,2.3 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),2)最小超高坡度 各级公路圆曲线部分最小超高坡度值应与该公路直线部分的正常路拱横坡度一致。 3)超高坡度的确定(任意半径时) 各圆曲线半径所设置的超高坡度值应根据设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等经计算确定。,2.3 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕内边缘旋转 抬肩、外绕中至i
14、g 、全绕内至ic 适用于新建公路,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕内边缘旋转 抬肩、外绕中至ig 、全绕内至ic,抬肩,双坡阶段,全超高阶段,旋转阶段,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕中线旋转 抬肩、外绕中至ig 、全绕中至ic 适用于改建公路,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕中线旋转 抬肩、外绕中至ig 、全绕中至ic,提肩,双坡阶段,全超高阶段,旋转阶段,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕外边缘旋转 抬肩、外绕外至水平 、全绕外 至ic 适
15、用于特殊公路,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),内边轴,中 轴,外边轴,设计标高,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),绕中间带的中心线旋转,如图2.10a。用于窄中间带的公路。绕中央分隔带边缘旋转,如图2.10b。各种宽度不同中间带的公路均可。绕各自行车道中线旋转,如图2.10c。用于单向车道数大于四条的公路,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),2)城市道路单幅路路面宽度及三幅路机动车道路面宽度宜绕中线旋转;双幅路路面宽度及四幅路机动车道路面宽度宜绕中间分隔带边缘旋转,使两侧车行道各自成为独立的超
16、高横断面。,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),(4)超高缓和段(superelevation runoff) 从直线段的双向横坡渐变到圆曲线路段具有超高单向横坡的过渡段称为-超高缓和段。Lc设于圆曲线的两端。 为了行车舒适和利于排水,对超高缓和段长度必须加以规定。,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),注意:超高缓和段长度应采用5的倍数,并不小于10m;当线形设计须采用较长的回旋曲线时,横坡度由2%(或1.5%)过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/330。 超高的过渡应在回旋线全长范围内进行,但当超高渐变率过小时(为保证排水、超
17、高渐变率不得小于1/330),而只设在该回旋线的某一区段范围之内。,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),(5)超高值的计算 超高缓和段上各断面处的路基外缘、内缘、中线与路基设计标高之高差c叫-超高值。 计算如表314所列公式。,2.2 弯道的超高与加宽 1.超高(superelevation),2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),(1)定义汽车在曲线路段上行驶时,靠近曲线内侧后轮行驶的曲线半径最小,靠曲线外侧的前轮行驶的曲线半径最大。为适应汽车在平曲线上行驶时,后轮轨迹偏向曲线内侧的需要,在平曲线内侧相应增加的路面、路基宽度称为曲
18、线加宽(又称弯道加宽)。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),3)标准规定平曲线半径250m时,应在平曲线内侧加宽。公路加宽值表2.15。四级公路和山岭重丘区的三级公路采用第1类加宽值;其余各级公路采用第3类加宽值;对不经常通行集装箱运输半挂车的公路,可采用第2类加宽值。 城市道路加宽值见表2.16。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),(3)加宽缓和段(transition zone of curve widening) 当平曲线R250m时,一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。为了使路面和路基均匀变化,设置一段从加宽值为零逐
19、渐加宽到全加宽的过渡段,称为-加宽缓和段。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),(4)加宽缓和段的长度LJ加宽所需的最小长度。在不设缓和曲线或超高缓和段时,应按渐变率1:15且10m的要求设置;设置超高缓和段lC时, lJ = lC ;设置缓和曲线lS时, lJ= lS 。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),(5)LJ内加宽值的过渡方式1)直线比例法: 处理简单粗造,不圆滑美观,适用于一般二、三、四级公路。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),2)切线法: 适用于四级公路人工构造物路段。 为消除加
20、宽缓和段内侧边线与圆曲线起、终点的明显折点,采用路面加宽边缘线与圆曲线上路面加宽后边缘线圆弧相切的方法。,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),3)插入高次抛物线的方法:路面边缘线圆滑、顺适,适用于高速公路、一级公路以及对路容有较高要求的二级公路。,加宽值的过渡还可插入二次抛物线、回旋线过渡等。,LJ,BJ,2.2 弯道的超高与加宽 2.加宽(curve widening),2.2 圆曲线 2.圆曲线半径的确定,(5)应同纵面线形相配合,应避免小半径曲线与陡坡相重叠;(6)每个弯道半径值的确定,应根据实地的地形、地物、地质、人工构造物及其它条件的要求,用外距、切线
21、长、曲线长、曲线上任意点线位、合成纵坡等控制条件反算,并结合标准综合确定。,2.2 圆曲线 4.圆曲线的计算,(1)单圆曲线,其曲线几何要素为:,(2)曲线主点桩号计算如下: ZY(桩号)=JD(桩号)T QZ(桩号)=YZ(桩号)L/2 YZ(桩号)=ZY(桩号)+L JD(桩号)=QZ(桩号)+J/2,2.4 缓和曲线 1.概述,(1)缓和曲线的线形特征缓和曲线-是指在直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。,2.4 缓和曲线 1.概述,其线形特征为: 1) 缓和曲线曲率渐变,设于直线与圆曲线间,其线形符合汽车转弯时的行车轨迹,从而使线形缓和,
22、消除了曲率突变点。2) 由于曲率渐变,使道路线形顺适美观,有良好的视觉效果和心理作用感。3) 在直线和圆曲线间加入缓和曲线后,使平面线形更为灵活,线形自由度提高,更能与地形、地物及环境相适应、协调、配合,使平面布线更加灵活、经济、合理。4) 与圆曲线相比,缓和曲线计算及测设均较复杂。,(2)缓和曲线作用1)曲率连续变化,视觉效果好。(线形缓和),2)离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适(行车缓和)3)超高横坡度逐渐变化,行车更加平稳(超高缓和),2.4 缓和曲线 1.概述,(3)缓和曲线的选择 1)缓和曲线轨迹特点:由直线驶入圆曲线转弯时,其轨迹上的任一点的曲率半径与其行程l(自转弯开始点算起)成
23、反比,此轨迹方程为回旋曲线方程。因此我国标准规定缓和曲线采用回旋曲线。,2.4 缓和曲线 1.概述, 回旋曲线、三次抛物线和双纽线在极角较小(56)时,几乎没有差别。 随着极角的增加,三次抛物线的长度比双纽线的长度增加的较快,而双纽线的长度又比回旋线的长度增加得快些。 回旋线的半径减小得最快,而三次抛物线则减小的最慢。从保证汽车平顺过渡的角度看,三种曲线都可以作为缓和曲线。 此外,也有使用n次(n3)抛物线、正弦形曲线、多圆弧曲线作为缓和曲线的。但世界各国使用回旋曲线居多,我国标准规定的缓和曲线也是回旋线。,2)回旋曲线、三次抛物线和双纽线线形比较:,2.4 缓和曲线 1.概述,2.4 缓和曲
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