《道路勘测设计 》师郡主编 第3章.ppt

本章主要介绍道路线形设计的基本理论和方法学习构成道路线形的基本要素及这些要素的设计要求，掌握平面设计成果的整理第一节 道路平面线形概述,第二节 直线,第三节 圆曲线,第四节 缓和曲线,第五节 平面线形设计,第六节 行车视距,第七节 道路平面设计成果,第一节 道路平面线形概述,1.道路是一条三维空间的实体 它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物一．路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置 3.路线平面图（plan）：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形第一节 道路平面线形概述,4.路线纵断面图（vertical profile map）：反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形1.道路是一条三维空间的实体 它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物一．路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置 3.路线平面图（plan）：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形第一节 道路平面线形概述,4.路线纵断面图（vertical profile map）：反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形。

1.道路是一条三维空间的实体 它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物一．路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置 3.路线平面图（plan）：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形5.路线横断面图(cross-section profile map)：反映道路在横断面上的结构、形状、位置、尺寸的图形第一节 道路平面线形概述,二．路线设计的任务,在调查研究掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工作费用最省的路线路线设计的顺序 平面线形设计 horizontal alignment design 纵断面线形设计 vertical alignment design 横断面设计 cross-section design,第一节 道路平面线形概述,三．平面线形设计的基本要求,1．汽车行驶轨迹 ⑴．行车轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上不出现错头和破折,⑵．其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值⑶． 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第一节 道路平面线形概述,三．平面线形设计的基本要求,1．汽车行驶轨迹,现代高等级道路一般采用图3—4类型的平面线形,第一节 道路平面线形概述,三．平面线形设计的基本要求,2．平面线形要素,⑴．直线(Tangents) ⑵．圆曲线(circular curves) ⑶．缓和曲线(transition curves),第二节 直线（Tangents）,一． 直线的特点,2．行车方向明确，行驶受力简单，驾驶操作简易。

1．路线便捷，两点之间以直线为最短3．测设简单，施工容易4．过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离，于是产生尽快驶出直线的急燥情绪，易超车5．直线线形大多难于与地形相协调Australia,Arizona,二． 直线的运用,⑴．受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地； ⑵．市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区； ⑶．长大桥梁、隧道等构造物路段； ⑷．路线交叉点及其前后； ⑸．双车道公路提供超车的路段1．下述路段可采用直线：,第二节 直线（Tangents）,⑴．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⑵．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二． 直线的运用,2． 运用长直线要注意的问题,1．下述路段可采用直线,第二节 直线（Tangents）,⑶．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，以改善单调的景观二． 直线的运用,2． 运用长直线要注意的问题,1．下述路段可采用直线,⑴．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⑵．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。

第二节 直线（Tangents）,美 国 俄 勒 冈 州 典 型 沙 漠 公 路,扬 州 城 市 道 路,香 榭 丽 舍 与 凯 旋 门,⑷．长直线或长下坡尽头的平曲线必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施,二． 直线的运用,2． 运用长直线要注意的问题,1．下述路段可采用直线,3．“长直线”的量化,德国和日本规定直线的最大长度（以米计）为20V，前苏联为8km，美国为180s行程我国地域辽阔，地形条件在不同的地区有很大的不同，对直线最大长度很难作出统一的规定 直线的最大长度，在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以的；在景色单调的地点最好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理无论是高速公路还是一般公路在任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向,第二节 直线（Tangents）,2． 运用长直线要注意的问题,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 《规范》推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6v为宜。

三．直线的最小长度,1．同向曲线间的直线最小长度,第二节 直线（Tangents）,青海柴达木盆地公路,美国犹他州公路,三．直线的最小长度,1．同向曲线间的直线最小长度,2．反向曲线间的直线最小长度 转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时，宜设置一定长度的直线 《规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小行车速度（以km/h计）的2倍为宜第二节 直线（Tangents）,第三节 圆曲线（circular curves）,圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍 圆曲线的几何元素,一．圆曲线的几何元素,T,二．曲线半径（Radius）,1．确定半径的理论依据,①．行车安全 要求横向力系数μ低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数f： μ≤f,⑴．横向力系数μ的确定,②．驾驶操纵 轮胎产生横向变形，增加了汽车在方向操纵上的困难③．燃料消耗和轮胎磨损 μ的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加第三节 圆曲线（circular curves）,1．确定半径的理论依据,⑴．横向力系数μ的确定,④．行旅舒适 当μ0.10时，不感到有曲线存在，很平稳； 当μ=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳； 当μ=0.20时，已感到有曲线存在，稍感不稳定； 当μ=0.35时，感到有曲线存在，不稳定； 当μ≥0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。

第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,1．确定半径的理论依据,⑴．横向力系数μ的确定,综上所述，μ值的采用关系到行车的安全、经济与舒适为计算最小平曲线半径，应考虑各方面因素采用一个舒适的μ值研究指出：μ值的舒适界限，由0.10到0.15随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,1．确定半径的理论依据,⑵.关于最大超高,考虑慢车甚至因故停在弯道上的车辆,其离心力接近0,或者等于0因此 fw ——一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻力系数第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,1．确定半径的理论依据,⑵.关于最大超高,各级公路圆曲线部分最大超高值,城市道路最大超高值,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,2．最小半径的计算,⑴．极限最小半径 横向力系数μ视设计车速采用0.10-0.16,最大超高视道路的不同环境，公路用 0.10、0.08、 0.06， 城市道路用0.06、0.04、0.02,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,2．最小半径的计算,⑴．极限最小半径,⑵．一般最小半径 ①．考虑汽车以设计速度行驶时，旅客有充分的舒适感 ②．考虑在地形比较复杂的情况下不会过多地增加工程量。

③．这种半径是全线绝大多数情况下可采用的半径，约为极限最小半径的1.5—2.0倍第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,2．最小半径的计算,⑴．极限最小半径,⑵．一般最小半径,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,一般最小半径μ、ih(max).取值表,2．最小半径的计算,⑴．极限最小半径,⑵．一般最小半径,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,⑶．不设超高的最小半径 我国《标准》所制定的“不设超高的最小半径”是取μ=0.035，ihmax =0.015计算取整得来的2．最小半径的计算,圆 曲 最 小 线 半 径,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,3．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，容易给驾驶员造成判断上的错误而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦 所以《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。

第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,,,1．确定半径的理论依据,2．最小半径的计算,3．圆曲线最大半径,⑴．极限最小半径 ⑵．一般最小半径 ⑶．不设超高的最小半径,,,,小结,10000米,第三节 圆曲线（circular curves）,二．曲线半径（Radius）,第四节 缓和曲线（transition curves）,一．缓和曲线的作用与性质,1．缓和曲线作用（function）,⑴．线形缓和（曲率连续变化，视觉效果好） ⑵．行车缓和（离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适） ⑶．超高缓和（超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳）,返回,返回,返回,第四节 缓和曲线（transition curves）,一．缓和曲线的作用与性质,2．缓和曲线的性质（character）,汽车等速行驶，司机匀速转动方向盘时，汽车的行驶轨迹：,当方向盘转动角度为时，前轮相应转动角度为，它们之间的关系为： =k ；,其中，是在t时间后方向盘转动的角度， =t ；,第四节 缓和曲线（transition curves）,一．缓和曲线的作用与性质,2．缓和曲线的性质（character）,汽车前轮的转向角为 =kωt (rad) 轨迹曲率半径：,第四节 缓和曲线（transition curves）,一．缓和曲线的作用与性质,2．缓和曲线的性质（character）,汽车以v（m／s）等速行驶，经时间t以后，其行驶距离（弧长）为l： l=vt (m),第四节 缓和曲线（transition curves）,一．缓和曲线的作用与性质,2．缓和曲线的性质（character）,汽车匀速从直线进入圆曲线其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径之乘积为一常数，这一性质与数学上的回旋线正好相符。

1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二. 缓和曲线的要素计算(element Calculation),但在缓和曲线的的终点处， =Ls， =R，则上式可 写作：,⑴.回旋线的基本公式为：,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二. 缓和曲。