道路勘测与设计(3)课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,本章内容：,,1．行车轨迹线立体线形分解，平面线形组成,,2．圆曲线半径决定原理及设计要求,,3．缓和曲线,,4．平面视距,第二章 路线平面设计,,,道路是一条三维空间的带状物路线是指道路中线的空间位置路线在水平面上的投影称作路线的平面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设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作路线可分解为平面、纵断面、横断面三大部分三者既要分别考虑，又是一个有机的整体§2-1 概述,,,一 、行车轨迹线立体分解,,1.汽车行驶轨迹,,现代道路是供汽车行驶的,所以研究汽车行驶规律是道路设计的基本课题,而在路线的平面设计中,主要考察汽车行驶轨迹.只有当平面线形与这个轨迹相符合或相接近时,才能保证行车的顺适,特别是在高速行驶的情况下,对行驶轨迹的研究更显其重要.通过对汽车轨迹研究,指导平面线形设计.,2.汽车行驶轨迹特征,,经过大量的观测研究表明,行驶中的汽车,其轨迹在几何性质有以下特征:,,第一条 这个轨迹是连续和圆滑的,即在任何一点上不出现错头和波折;,,第二条 其曲率是连续的,即轨迹上任一点上不出现两个曲率值;,,第三条 其曲率的变化是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值.,,,3.几种线形的几何性质,,直线、圆曲线、回旋线、高次（n≥3）曲线等，其几何性质都具有上述三点特性，但当连接、组合时，在连接点处，几何性质有以下特征：,,（1）不满足上述任一条 直线、圆曲线、回旋线、高次（n≥3）曲线两两相连接，但不相切时。

2）不满足上述二、三条 直线与圆曲线连接且相切，不满足上述第二、三条，但满足第一条3）不满足上述第三条 直线与回旋线、圆曲线与回旋线连接且相切，不满足上述第三条，但满足第一、二条4）满足上述三条 直线与高次（n≥3）曲线、圆曲线与高次（n≥3）曲线、回旋线与高次（n≥3）曲线连接且相切二、平面线形要素,（1）汽车导向轮旋转面与车身纵轴之间关系：,,角度为零；,,角度为常数；,,角度为变数,,（2）平面线形三要素,,与上述三种状态相对应的行驶轨迹线为：,,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,,现代道路平面线形正是由上述三种线形——直线、圆曲线和缓和曲线构成的，称为“平面线形三要素”在低速道路上，为简化设计，也可以只使用直线和圆曲线2、直线+缓和曲线+圆曲线,,,§2-2,直 线,直线在道路设计中使用最为广泛，直线距离短，视野好；汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简单；从测设施工来看，直线只需要定出两点，就可方便地测定方向和距离但是直线线形大多难于与地形协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。

直线显得不柔和，缺乏灵活性过长的直线易使驾驶者感到单调、疲倦，难以目测车间距离，产生尽快驶出直线的急躁情绪，一再加速易导致交通事故的发生一、直线的特点,,二、直线的运用,,一般情况下，下述路段可采用直线线形：,,（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷底；,,（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）长大桥梁、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6）收费站及其附近,,,,三、直线设计标准,,1.长直线限制,,直线的最大长度应有所限制2.直线的最小长度,,考虑到线形的连续和驾驶的方便，相邻两曲线之间应有一定的直线长度这个直线长度是指前一曲线的终点（缓直,HZ,或圆直,YZ,）到后一曲线起点（直缓,ZH,或直圆,ZY,）之间的长度这个直线的长度不宜过短，,由于长直线的安全性差，一些国家对直线的最大长度作了规定，德国规定不超过20V(V是设计车速，用km／h表示，20V相当于72s的行程)．前苏联规定为8km，美国为4．83km我国目前尚无统一的规定在运用直线线形并确定其长度时，必须持谨慎态度总的原则是：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，应结合具体情况采取相应的技术措施。

3）回头曲线间的直线最小长度,,越岭线应尽量利用有利地形自然展线避免设置回头曲线，或者以隧道克服高差，因地形、地质、资金条件所限而不能采取自然展线时，方可采用回头曲线而相邻回头曲线之间，应争取有较长的直线距离，其最小长度在二、三、四级公路上分别应不小于200、150、100m2）反向曲线间的直线最小长度,,反向两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶人员转向操作的需要，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）以不小于行车速度（以Km/h计）的2倍为宜在受到限制的地点也可将二反向缓和曲线首尾相接，但被连接的二缓和曲线和圆曲线宜满足一定的条件，见本章第五节平面线形设计的“S”型曲线1）同向曲线间的直线最小长度,,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反向曲线的错觉，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，设计中应尽量避免所以《规范》推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6,V,为宜这种要求在车速较高的道路（,V,≥60Km/h）上宜尽可能保证，而对于低速道路（,V,≤40Km/h）则有所放宽条件许可时，宜将同向曲线设计成单曲线、复曲线、卵形曲线或,C,形曲线。

§2-3 圆曲线,圆曲线是在平面设计中最常用的线形，是平曲线中的主要组成部分《规范》规定：各级公路不论转角大小，均应设置平曲线 其主要特点是：,1）任意点曲率半径为常数，曲率为常数，故测设简单2）能较好地适应地形变化，适用范围较为广泛；,,3）较大半径的长缓圆曲线线形美观，顺适，行车舒适；,,4）圆曲线上每一点都在不断改变方向，汽车受到离心力作用，同时汽车比直线段多占用宽度5）圆曲线半径较小时，驾驶员视线受到内侧路堑边坡或其他障碍物影响，视距条件差；半径较小，中心角过大，会影响行车安全一、汽车在弯道上行驶的受力分析,汽车在弯道上行驶时，除受重力外，还要受到心力的影响离心力是使汽车行驶时产生不稳定的因素，一是滑移，二是倾覆其大小与圆曲线的半径成反比当汽车在公路上以速度v在半径为R的弯道上行驶时，产生的离心力为：,,α,G,F,X,Y,式中：G—汽车重力 N,,V—汽车行驶速度 m/s,,R—圆曲线半径 m,,g—重力加速度,,,,汽车在平曲线上行驶所受的横向力（平行路面方向）,,上式右端含有汽车重力G、不便于研究不同重量的车型的稳定性，同为对于同样大的横向力，作用在不同重力的汽车上有不同的稳定程度。

所以用横向力的大小来反映汽车的稳定性还欠确切，为准确地反映汽车在圆曲线上行驶的稳定、安全和舒适程度，通常应消去公式中的重力G，即,令,,称为横向力系数，即单位车重所受的横向力从上式可以看出，车速愈大，横向力系数u就愈大，表示单位车重所受到的横向力也愈大，汽车在圆曲线上的稳定性愈差半径愈大，u就愈小，汽车在圆曲线上行驶的稳定性就愈好因此，有横向力系数就可以合理地评价不同车型的汽车的稳定性二、圆曲线半径计算公式,由横向力系数公式，就可以得出圆曲线半径计算公式为：,,上式中，当汽车行驶在曲线内侧时，取“+”外侧取“-”，若将行车速度的单位由“米/秒”换为“公里/小时”，则,为了减少横向力，一般圆曲线段上路面做成外侧高，内侧低的单向横坡，称为超高设超高后，汽车车重的横向分力与离心力的分力方向相反，故可以抵消一部分离心力因此，路面设超高后，曲线上行车所受的横向力将减少设超高后，圆曲线半径为:,,,,三、圆曲线最小半径的计算,汽车在曲线上行驶时，由于横向力的作用，使行车的安全与合适程度受到影响，而且横向力越大，对行车就越不利，因此，必须对曲线行车的横向力的大小加以限制横向力的大小是和圆曲线的半径成反比的，要想降低横向力。

就应采用较大的平曲线半径即在给定车速v的情况下，最小半径Rmin的值就故决于允许的最大横向力系数umax与超高横坡值1.横向力系数u的确定,最大横向力系数umax需要综合考虑多方面因素，不仅要考虑汽车在弯道上行驶时对行车的力学稳定性要求，还要考虑乘客的舒适程度，以及汽车燃料和轮船消耗的情况等我国公路工程技术标准把各级公路的横向力系数控制在u=0.15以内，以保证公路弯道的行驶条件不过分恶化在车速较高的情况下，为了平衡离心力要用较大的超高，但道路上行驶车辆的速度并不一致，特别是在混合交通的道路上对于慢车乃至暂停在弯道上的车辆，其离心力接近于0，如超高率过大，超过车轮胎与路面间的横向摩阻系数,,γ，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险，因此必须满足,,,i,max≤,,γ,,,γ取一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数《标准》规定，一般地区的公路取,i,max =8%，积雪冰冻地区一般取,i,max =6%，城市道路交叉口多，并有非机动车道行驶，,i,max取值比公路要小一些，《城规》规定设计速度,V,=80Km/h时，,i,max =6%，,V,=60、50Km/h时，,i,max = 4%，,V,=40Km/h时，,i,max =2%。

当已知R、μ值时，可通过计算或查表得到,i,值2. 超高率i和imax四. 圆曲线最小半径的指标：,1．极限最小半径,,极限最小半径是各级公路对按计算车速行驶的车辆，能保证其,安全行车,的最小允许半径《标准》中一般取I=8%，f=0.1~0.16和所规定的计算行车速度计算出来的2. 一般最小半径,,一般最小半径是对按计算行车速度行驶的车辆能保证其,安全性和舒适性,的半径是设计时建议采用的值，通常按I=6%~8%,,f=0.05~0.06计算出来的3. 不设超高的最小半径,,不设超高最小半径就是指不必设置超高就能满足行驶稳定性的最小允许半径路面不设超高，对于行驶在曲线外侧车道上的车辆来说是“反超高”，其,i,,值应为负，大小与路拱坡度相同但从行驶的舒适性考虑，必须把摩阻系数控制到最小值4. 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，其几何性质与行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成错觉，同时也增加计算和测量上的麻烦，故《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m公路等级,高速公路,,,,一,,二,,三,,四,,计算行车速度（km/h）,120,100,80,60,100,60,80,40,60,30,40,20,极限最小半径（m）,650,400,250,125,400,125,250,60,125,30,60,15,一般最小半径（m）,1000,700,400,200,700,200,400,100,200,65,100,30,不设超高最小半径（m）,5500,4000,2500,1500,4000,1500,2500,600,1500,350,600,150,各级公路最小平曲线半径表,,,,五．圆曲线半径指标的运用,1）应根据沿线地形、地物等条件，尽量选用较大半径，以利行车。

2）选定半径既要满足技术上合理，又要经济适用，不采用标准,,3）运用平曲线半径指标的一般原则是：在地形条件允许可时，应力求使半径大于不设超高最小半径，一般情况下或地形有所限制时，应尽量大于一般最小半径，只有条件特殊困难，迫不得已时，方可采用极限半径4）选用半径时，还注意前后线形协调和均衡，在下坡和长直线尽头不宜采用小半径曲线5）选用曲线半径时，最大半径值一般不超过10000m为宜。