工学道路平面设计.pptx
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1、第第2 2章章道路平面设计道路平面设计2.1 概述概述2.2 直线直线2.3 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径 2.4 缓和曲线缓和曲线2.5 道路平面设计成果道路平面设计成果道路勘测设计 重庆交通大学本章主要介绍:汽车行驶轨迹与道路平面要素;直线的特点和运用,直线最大长度最小长度;汽车行驶的横向稳定性、圆曲线半径大小及其长度的确定;缓和曲线的性质,形式及最小长度;道路平面设计的主要成果。道路道路是一个三维空间的实体。是一个三维空间的实体。它是由路基、路面、桥梁、它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。成的线形构造
2、物。路线:路线:是指道路中线的空间是指道路中线的空间位置。位置。路线的平面路线的平面(horizontal)-道路中线在水平面上的投影。路线纵断面路线纵断面(vertical)-沿着中线竖直剖切,再行展开。公路横断面公路横断面(cross-sectional)-中线各点的法向切面。2.1 2.1 概述概述一、路线一、路线(route of road)(route of road)黑板上画 路堤横断面图路堤横断面图n路路线线设设计计:指指确确定定路路线线空空间间位位置置和和各各部部分分几几何何尺尺寸的工作。寸的工作。n 路路线线平平面面设设计计:在在路路线线平平面面图图上上研研究究道道路路的的基
3、基本本走向及线形的过程。走向及线形的过程。n 路路线线纵纵断断面面设设计计:在在路路线线纵纵断断面面图图上上研研究究道道路路纵纵坡及坡长的过程。坡及坡长的过程。n路线横断面设计:路线横断面设计:在路线横断面图上研究路基断在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。面形状的过程。线形设计包括:线形设计包括:二、汽车行驶轨迹与道路平面线形二、汽车行驶轨迹与道路平面线形行驶中汽车的轨迹的几何特征:行驶中汽车的轨迹的几何特征:(1 1)这这个个轨轨迹迹是是连连续续的的和和圆圆滑滑的的,即即在在任任何何一一点点上不出现错头和转折;上不出现错头和转折;(一)汽车行驶轨迹(一)汽车行驶轨迹(2 2)其其曲曲率率
4、是是连连续续的的,即即轨轨迹迹上上任任一一点点不不出出现现两两个曲率的值。个曲率的值。(3 3)其其曲曲率率的的变变化化率率是是连连续续的的,即即轨轨迹迹上上任任一一点点不出现两个曲率变化率的值。不出现两个曲率变化率的值。2.1 2.1 直线直线 平面线形平面线形(horizontal alignment)要素要素 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。直线直线(tangent)圆曲线圆曲线(circular curve)缓和曲线缓和曲线(transition curve)直线、圆曲直线、圆曲线、缓和曲线、缓和曲线称为线称为“平平面线形三要面线形三要素素”
5、一、直线的特点一、直线的特点(一)直线的优点(一)直线的优点1 1、两点之间直线距离最短,直、两点之间直线距离最短,直捷;捷;2 2、通视条件好通视条件好;3 3、便、便于测设于测设;4 4、汽车在直线上行驶受力简单,方向明确,操作简易。、汽车在直线上行驶受力简单,方向明确,操作简易。(二)直线的缺点(二)直线的缺点1 1、直直线线线线形形大大多多难难于于与与地地形形相相协协调调,导导致致高高填填深深挖挖工工程程量量加加大大,若若长长度度运运用用不不当当,不不仅仅破破坏坏了了线线形形的的连连续续性性,也不便达到线形设计自身的协调。也不便达到线形设计自身的协调。2 2、过长的直线易使驾驶人感到单
6、调、疲倦。、过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦。3 3、难以目测车间距离。、难以目测车间距离。直线的标准规定:直线的标准规定:直线的标准规定:直线的标准规定:1 1)直线最大长度)直线最大长度)直线最大长度)直线最大长度德国德国德国德国20V20V;前苏联前苏联前苏联前苏联8km8km;美国;美国;美国;美国3mile3mile。总总总总的的的的原原原原则则则则:公公公公路路路路线线线线形形形形应应应应与与与与地地地地形形形形相相相相适适适适应应应应,与与与与景景景景观观观观相相相相协协协协调调调调,直直直直线线线线的的的的最最最最大大大大长长长长度度度度应应应应有有有有所所所所限限限限制制制
7、制,当当当当采采采采用用用用长长长长的的的的直直直直线线线线线线线线形形形形时时时时,为为为为弥弥弥弥补补补补景景景景观观观观单单单单调调调调的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷,应应应应结结结结合合合合具具具具体体体体情情情情况况况况采取相应的技术措施。采取相应的技术措施。采取相应的技术措施。采取相应的技术措施。2 2)采用长的直线线形时,应注意的问题:)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:采取相应
8、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坡行驶更易导致高速度 长长直直线线与与大大半半径径凹凹形形竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜,可可以以使生硬呆板的直线得到一些缓和使生硬呆板的直线得到一些缓和 哪一个最优?哪一个最优?两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同树树种种或设置一定或设置一定建筑物、建筑物、雕塑雕塑、广告牌广告牌 等措施,以等措施,以改善单调的景观。改善单调的景观。长长直直线线或或长长下下坡坡尽尽头头的的平平曲曲线线必必须须采采取取设设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施置标志
9、、增加路面抗滑能力等安全措施美美国国俄俄勒勒冈冈州州典典型型沙沙漠漠公公路路香榭丽舍与凯旋门德德 国国 柏柏 林林直线的最小长度 同向曲线同向曲线间的直线最小长度 同向曲线同向曲线-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(以km/h计)为宜 B.当40km/h时,可参照上述规定执行反向曲线反向曲线间的直线最小长度 反向曲线反向曲线(reverse curve)-指两个转向相反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(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 断背曲线:互互相相通通视视的
10、的同同向向曲曲线线间间若若插插以以短短直直线线,容容易易产产生生把把直直线线和和两两端端的的曲曲线线看看成成为为反反向向曲曲线线的的错错觉觉,当当直直线线过过短短时时甚甚至至把把两两个个曲曲线线看看成成是是一一个个曲曲线线,这这种种线线形形破破坏坏了了线线形形的的连连续续性性,且且容容易易造造成成驾驾驶驶操操作作的的失失误误,通通常常称称为为断断背背曲曲线线。设设计计中中应应尽尽量避免。量避免。断背曲线断背曲线n直线的运用直线的运用(一)宜采用直线线形的路段:(一)宜采用直线线形的路段:(1)不不受受地地形形、地地物物限限制制的的平平坦坦地地区区或或山山间间的的开开阔阔谷地;谷地;(2)市市镇
11、镇及及其其近近郊郊,或或规规划划方方正正的的农农耕耕区区等等以以直直线线条为主的地区;条为主的地区;(3)长的桥梁、隧道等构造物路段;)长的桥梁、隧道等构造物路段;(4)路线交叉点及其前后;)路线交叉点及其前后;(5)双车道公路提供超车的路段。)双车道公路提供超车的路段。在平曲线上行驶的汽车所受到的离在平曲线上行驶的汽车所受到的离心力为:心力为:如上图。离心力作用于汽车的重心,如上图。离心力作用于汽车的重心,方向背离圆心。方向背离圆心。式中:G汽车所受重力(N);R圆曲线的半径(m);g重力加速度(9.81ms2);v,V汽车的行驶速度,分别以(m s)、(kmh)计。2.3 2.3 汽车行驶
12、的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶中受到的横向力沿着平行于路面的横向x和垂直于路面的竖向y对离心力F和汽车重力G进行分解,可得下式:横向力 竖向力 由于路面的横向倾角一般很小,sinatga=ih,cosa1,ih称为横向超高坡度(也称超高率)。因此可以得到横向力为:2.3 2.3 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径在汽车行驶的过程中,横向力X是一个不稳定的因素,为了表示汽车所受横向力的程度,一般采用单单位位车车重重所所受受的的横横向向力力这个概念,也就是用横向力系数来衡量汽车所受横向力的程度,即:将车速(mh)变成(kmh),可以得
13、到:此式表达了横向力系数和车速、平曲线半径以及超高率之间的关系。从中可以看到,横向力系数越大,则汽车行驶的稳定性越差。2.3 2.3 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径对前式变化,则有:对前式变化,则有:式中:式中:V计算行车速度,(计算行车速度,(km/h););横向力系数;横向力系数;ih超高横坡度。超高横坡度。从从圆圆曲曲线线半半径径计计算算公公式式可可知知,当当设设计计车车速速V一一定定时时,影影响响圆圆曲曲线线半半径径的的因因素素有有两两个个,即即横横行行力力系系数数和和超超高横坡度高横坡度ih。(m)n圆曲线半径值的计算圆曲线半径值的计算1 1横向力系
14、数横向力系数(1 1)危及行车安全)危及行车安全汽汽车车能能在在弯弯道道上上行行驶驶的的基基本本前前提提是是轮轮胎胎不不在在路路面面上上滑滑移移,这这就就要要求求横横向向力力系系数数低低于于轮轮胎胎与与路路面面之之间间所所能能提提供供的的横横向摩阻系数向摩阻系数h:h h与与车车速速、路路面面种种类类及及状状态态、轮轮胎胎状状态态等等有有关关,一一般般在在干干燥燥路路面面上上约约为为0.40.40.80.8,在在潮潮湿湿的的黑黑色色路路面面上上汽汽车车高高速速行行驶驶时时,降降低低到到0.250.250.400.40。路路面面结结冰冰和和积积雪雪时时,降降到到0.20.2以下,在光滑的冰面上可
15、降到以下,在光滑的冰面上可降到0.060.06(不加防滑链)。(不加防滑链)。(2 2)增加驾驶操纵的困难)增加驾驶操纵的困难 弯弯道道上上行行驶驶的的汽汽车车,在在横横向向力力作作用用下下,弹弹性性的的轮轮胎胎会会产产生生横横向向变变形形,使使轮轮胎胎的的中中间间平平面面与与轮轮迹迹前前进进方方向向形形成成一一个个横横向向偏偏移移角角。其其存存在在增增加加了了驾驾驶驶困困难难。当当55时,一般司机就难于保障方向上的稳定性。时,一般司机就难于保障方向上的稳定性。(3)增加燃料消耗和轮胎磨损)增加燃料消耗和轮胎磨损横向力系数横向力系数燃料消耗(燃料消耗(%)轮胎磨损(轮胎磨损(%)0100100
16、0.051051600.101102200.151153000.20120390 使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。(4 4)旅行不舒适)旅行不舒适 值的增大,乘值的增大,乘车车舒适舒适感恶化。感恶化。当当0.100.10时,不感到有曲线存在,很平稳;时,不感到有曲线存在,很平稳;当当=0.15=0.15时,稍感到有曲线存在,尚平稳;时,稍感到有曲线存在,尚平稳;当当=0.20=0.20时,己感到有曲线存在,稍感不稳定;时,己感到有曲线存在,稍感不稳定;当当=O.35=O.35时,感到有曲线存在,不稳定;时,感到有曲线存在,不稳定;当当=0.40=0.40时,非常不
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