《道路平面线形》PPT课件.ppt
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1、2023/8/2,道路勘测设计,武汉大学土木建筑工程学院,2023/8/2,第三章 道路平面线形,本章主要内容一、汽车的行驶轨迹二、平面基本线形三、直线四、圆曲线,五、缓和曲线六、平面线形设计七、行车视距八、道路平面设计成果及表达,2023/8/2,道路是一条三维空间的带状构造物,几何尺寸描述了道路的空间形态,人们习惯把路线在水平面上的投影称作路线的平面,其是中间位置的一条线一般成为道路的中线,沿中线竖直剖切再行展开则是路线的纵断面,中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。路线几何设计是指确定路线空间位置的工作,一般把它分解为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计,这三者是相互关联的,
2、既要分别进行,又综合考虑,特别是现代道路许多新的技术要求更是需要进行三维的协调设计。,2023/8/2,2023/8/2,一、汽车的行驶轨迹,不打方向盘a=0、等角速度W打方向盘a=常数、打方向盘的角速度均匀变化a=变数。,2023/8/2,汽车行使轨迹在几何性质上的特征:轨迹是连续和光滑的,在轨迹任何一点上不出现错头和破折;(不相切、不圆滑、出错头)曲率是连续的,在轨迹上任何一点不出现两个曲率的值;(直-圆直接连接)曲率的变化率是连续的,在轨迹上任何一点不出现两个曲率变化率的值。,2023/8/2,二、路线平面基本线形,曲率K为半径R的倒数。直线:曲率K=0;圆曲线:曲率K=常数;缓和曲线:
3、曲率K=变数。直线、圆曲线和缓和曲线三种组合而成,“平面线形三要素”。,2023/8/2,基本型曲线,2023/8/2,S型曲线,2023/8/2,复曲线,2023/8/2,回头曲线,2023/8/2,卵型曲线,2023/8/2,凸型曲线,2023/8/2,C型曲线,2023/8/2,三、直线,1、概述直线适用于地形平坦、视线目标无障碍处。在平原区,直线作为主要线形要素是适宜的。直线有测设简单、前进方向明确、路线短捷等优点,直线路段能提供较好的超车条件,对双车道公路有必要在间隔适当距离处设置一定长度的直线,在美学上直线也有其特点。但直线过长、景色单调,往往会出现过高的车速或司机由于缺乏警觉易疲
4、劳而发生事故,并且在地形变化复杂地段,工程费用高。,2023/8/2,直线的优点.里程最短.定线、设计、量距、绘图、计算、放样方便.无视距障碍.驾驶方便.车辆不受离心力作用乘车舒适,受力简单,2023/8/2,直线的缺点.对地形适应性差,难以与地形协调.行车单调易产生疲劳,2023/8/2,2、描述直线的指标,最大直线长度:目前最大直线长度的量化还是一个需要研究的课题,目前各国有不同的处理方法,德国和日本规定20V(单位为米,V为计算行车速度,用公里/小时为单位),美国为180s的行程,我国对于设计速度大于或等于60km/h的公路最大直线长度为以汽车按设计速度行驶70s 左右的距离控制,一般直
5、线路段的最大长度(以m 计)应控制在设计速度(以km/h 计)的20 倍为宜。,2023/8/2,采用长直线注意的问题,在直线的使用中,值得注意的是有关直线长度的问题,一般来说对直线的长度应有所限制。当不得已采用过长直线时,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:在长直线上纵坡不宜过大,以避免车速过快;长直线宜与大半径凹形竖曲线组合,以使呆板的直线变得缓和些;,2023/8/2,道路两侧地形过于空旷时,宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等设施,以改善单调的景观;长直线或长纵坡尽头的平曲线,除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外还必须采取设置标志、增
6、加路面抗滑能力等安全措施。例,京、津、塘和济青高速公路(3200m),沈大高速公路(5000-8000m,最大13000m)。,2023/8/2,京、津、塘高速公路(3200m),沈大高速公路(5000-8000m,最大13000m)。,2023/8/2,同向曲线间最小长度:若在同向曲线间插入短直线指前一曲线的终点(缓直HZ或圆直YZ)到后一曲线起点(直缓ZH或直圆ZY)之间的长度。)容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线,容易造成司机的判断错误。对于设计速度大于或等于60km/h的公路,同向曲线之间直线的最小长度(以m计)以不小于设计速度(
7、以km/h 计)的6倍为宜。,2023/8/2,2023/8/2,反向曲线间最小长度:在转向相反的两个圆曲线之间,如果没有设置缓和曲线,考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操作的需要,宜设置一定长度的直线。对于设计速度大于或等于60km/h的公路,反向曲线之间的最小直线长度(以m 计)以不小于设计速度(以km/h 计)的2倍为宜。,2023/8/2,2023/8/2,3、关于直线的运用,直线的最大与最小长度应有所限制,一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。最大直线长度不必太拘泥,最小长度应该保证。,2023/8/2,实践表明,可采用直线的情况:(1)不受地形、地物限制的平坦地区或山区的开
8、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)大中型桥梁、隧道等构造物路线;(4)路线交叉口及其前后;(5)双车道公路提供超车的路段。,2023/8/2,1、概述圆曲线是路线平面设计中的主要组成部分,常用的单曲线、复曲线、双(多)交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等均包含了圆曲线,圆曲线具有易与地形相协调、可循性好、线形美观、容易测设等优点,使用十分普遍。,四、圆曲线,2023/8/2,圆曲线的优点.符合地形、布线灵活.线形优美圆曲线的缺点.路线较直线长.行车受力复杂.视距受阻.驾驶劳动强度大.测设、施工等工作量大、计算复杂,2023/8/2,圆曲线几何元素,平曲线各主
9、点桩符号含义:JD交点(转角点);ZY直圆(圆曲线起点);QZ曲中(圆曲线中点);YZ圆直(圆曲线终点)。几何元素:T切线长(m);L曲线长(m);E外距(m);J校正值或超距值(m);平面导线转角()。,2023/8/2,2、描述圆曲线的指标,最小圆曲线半径极限最小半径车辆在设置超高的曲线上安全行驶,满足最低舒适性要求的半径规定值。尽量避免使用,只有当路线受地形或其它条件限制时方可使用。一般最小半径通常情况下采用的最小半径,兼顾汽车行驶的要求与使用上的可能,设计时建议的最小值,设超高。,2023/8/2,不设超高最小半径,道路曲线半径较大、离心较小时,汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面
10、摩擦力,足以保证汽车行驶安全稳定采用的最小半径。公路:不设缓和曲线半径=不设超高半径城市道路:不设缓和曲线半径不设超高半径。,2023/8/2,(1)确定最小半径的原则,圆曲线最小半径是以汽车在曲线部分能安全而又顺适地行驶所需要的条件,而确定的圆曲线最小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。不产生横向滑移。,2023/8/2,横向力系数,极限值为路面与轮胎之间的横向摩阻系数,超高横坡度,2023/8/2,横向力系数与取值,横向力系数表示单位车重所受到的离心力,值越大越不利,其取值主要取决于在如下几个方面:(1)行车安全方面:横向力系数不
11、大于轮胎与路面之间的横向摩阻系数f,即f。(2)燃料消耗和轮胎磨损:汽车行驶在弯道上时,其驱动方向与行驶方向的不同形成一个偏移角,曲线半径越小,偏移角越大,如图示。偏移角的增大会造成操纵困难,增加燃料消耗与轮胎磨损。因此,从操纵方便和减少消耗的角度考虑,取小于0.15为宜。,a)轮胎横向变形;b)轮迹的偏移角,2023/8/2,(3)行车平稳舒适方面:值过大会影响行车的稳定性,使司机和乘客感到紧张和不舒适。通过研究,一般认为取值在0.110.16范围内是合理的,在设计中可以根据道路等级来具体采用不同的值。,a)轮胎横向变形;b)轮迹的偏移角,2023/8/2,2023/8/2,横向超高坡度ih
12、与取值,确定最大超高值ih,max要考虑车辆在弯道慢行或停车时车辆不致沿路面向内滑移,同时要考虑乘客及驾驶员在心理上的安全感。特别是在有冰冻地区的山岭、重丘区的道路更应严格控制ih值。城市、交叉口有相当数量非机动车行驶的道路比一般道路小。标准规定ih,max为:高速公路和一级公路为10%,其它各级公路为8%,有积雪寒冷地区为6%,当横向超高坡度的计算值小于路拱坡度时,应以路拱的超高为准。,2023/8/2,极限最小半径车辆在设置超高的曲线上安全行驶,满足最低舒适性要求的半径规定值。V 采用各级公路相应的设计速度。因此确定圆曲线最小半径的关键参数是横向力系数和超高横坡。横向力系数的大小直接影响乘
13、车人的舒适感。车辆在曲线上稳定行驶的必要条件是横向力系数不能超过路面与轮胎之间的横向摩阻系数。,2023/8/2,超高值变化范围在10%-6%之间计算圆曲线最小半径时分别用6%、8%、和10%的超高值代入计算,横向力系数0.100.17。,2023/8/2,一般最小半径通常情况下采用的最小半径,兼顾汽车行驶的要求与使用上的可能,设计时建议的最小值,设超高。确定一般圆曲线最小半径采用的横向力系数值为0.05-0.06 这样行车将更加舒适而且这种半径在大多数的情况下有可能被采用。,2023/8/2,一般圆曲线最小半径对按设计速度行驶的车辆能保证其安全性与舒适性是设计时建议采用的值参考国内外使用的经
14、验采用了表3.3.5 所列横向力系数和超高值代入公式计算。,2023/8/2,不设超高最小半径,道路曲线半径较大、离心较小时,汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩擦力,足以保证汽车行驶安全稳定采用的最小半径。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。,2023/8/2,当路拱横坡为1.5%时横向力系数采用0.035,当路拱横坡为2.5%时横向力系数采用0.040,当路拱横坡为3.0%时横向力系数采用0.045,当路拱横坡为3.5%时横向力系数采用0.050。,2023/8/2,(2)最小半径的标准,2023/
15、8/2,最大圆曲线半径:半径大到一定程度时,其几何性质与行车条件与直线无太大区别,容易给驾驶人员造成错误判断反而带来不良后果,最大半径不宜超过10000m。最小圆曲线长度:汽车在道路曲线段行驶时,如果曲线很短,司机操作方向盘频繁,在高速驾驶的情况下是危险的,圆曲线宜有大于3s的行程。,2023/8/2,3、关于圆曲线的运用,曲线最小半径应符合上表的规定。直线与半径小于上表所列不设超高的最小半径的圆曲线相衔接处应设置缓和曲线,参数及其长度应根据线形设计以及对安全、视觉、景观等的要求选用较大的数值。四级公路的直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处可不设置回旋线用超高加宽缓和段径相连接。,202
16、3/8/2,4、关于城市道路,与公路不同,城市道路设计规范提供了设超高最小半径、设超高推荐半径、不设超高最小半径以及不设缓和曲线最小半径。当受地形条件限制时,可采用设超高推荐半径值;当地形条件特别困难时,可采用设超高最小半径值。,2023/8/2,2023/8/2,五、缓和曲线,1、概述 缓和曲线是道路平面线形要素之一,它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。除四级路可不设缓和曲线外,其余各级公路都应设置缓和曲线。在现代高速公路上,有时缓和曲线所占的比例超过了直线和圆曲线,成为平面线形的主要组成部分。在城市道路上,缓和曲线也被广泛地使用。,2
17、023/8/2,2、缓和曲线的作用,通过曲率的变化,适应汽车转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅,便于车辆遵循;离心加速度逐渐变化,不致产生侧向冲击力,乘客感觉舒适;超高横坡度逐渐变化,减少行车振荡,使行车更加平稳;与圆曲线配合得当,线形连续光滑,构成美观与视觉协调的最佳线形。(1)符合汽车转向时的行驶轨迹,曲率连续变化,便于车辆转向(2)使离心力加速度逐渐变化,司机和乘客感觉舒适(3)作为超高、加宽的缓和带,横向超高坡度渐变,行车更加平稳(4)与圆曲线配合,增加线形美观,2023/8/2,3、缓和曲线的形式,这一性质正好与数学上的回旋线相符。我国回旋线作为缓和曲线,2023/8/2,4、缓和曲线的
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