道路平面线形设计.docx
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道路平面线形设计
道路平面线形设计(总19页)
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Ch3道路平面线形设计
【本章主要内容】
§3-1平面线形概述
§3-2直线
§3-3圆曲线
§3-4缓和曲线(3h)
§3-5平面线形的组合与衔接
§3-6行车视距
§3-7道路平面设计成果
【本章学习要求】
掌握平面线型的基本组成要素:
直线、圆曲线、缓和曲线的设计标准、影响因素及确定方法、要素计算;行车视距的种类及保证;平面设计的设计成果;了解平面线型的组合设计。
本章重点:
缓和曲线设计与计算、平面设计注意事项,难点:
缓和曲线。
§3-1道路平面线形概述
基本要求:
掌握平面线形的概念,平面线形三要素,
了解汽车行驶轨迹对道路线形的要求。
重点:
平面线形的概念。
难点:
平面线形三要素。
1平面线形的概念
平面线形一道路中线在平面上的水平投影,反映道路的走向。
2平面线形三要素
2.1汽车行驶轨迹
大量的观测和研究表明,行驶中的汽车,其导向抡旋转面与车身纵轴之间的关系对应的行驶轨迹为:
1)角度为0时,汽车的行驶轨迹为直线;
2)角度不变时,汽车的行驶轨迹为圆曲线;
3)角度匀速变化时,汽车的行驶轨迹为缓和曲线。
行驶中的汽车,其轨迹在儿何性质上有以下特征:
1)轨迹是连续和圆滑的;
2)曲率是连续的;
3)曲率的变化是连续的。
直线一圆曲线一直线符合笫
(1)条规律
直一缓一圆一缓一直符合第
(1)、
(2)条规律
整条高次抛物线可能符合全部规律,但计算困难,测设麻烦。
平面线形要素
直线、圆曲线、缓和曲线称为平面线形的三要素。
§3-2直线
基本要求:
了解直线的使用特点和适用条件;掌握直线的设计标准及计算。
重点:
直线的设计标准。
难点:
路线方位角、转角的计算。
1直线的特点
以最短的矩离连接两LI的地;
线形简单,容易测绘;
长直线,行车安全性差;
山区、丘陵区难与地形与周围环境协调。
2设计标准
直线最大长度
1)限制理由
2)直线最大长度:
20Vo
直线最小长度Lmin
1)同向曲线间的Lmin:
6V。
其中直线很短时,形成所谓的"断背曲线"。
2)反向曲线间的Lmin:
2V。
考虑其超高和加宽缓和的需要,以及驾驶人员的操作方便。
3直线的运用
适用条件
1)路线完全不受地形、地物限制的平原区或山间的开阔谷地;
2)市镇及其近郊或规划耕区等;
3)长大桥梁、高架桥、隧道等路段;
4)平面交叉口附近,为争取较好的行车和通视条件;
5)双车道公路提供超车的路段。
注意问题
1)不宜过长;
2)长直线上纵坡不宜过大;
3)长直线尽头不得设置小半径平曲线;
4)不宜过短。
4直线的表达式(★补充)
已知直线上两点的坐标(XI,Yl)(X2,Y2)则直线的数学表达式为:
Y-YlX-X1
Y2-Y1X2-X1
两点间的直线长度:
L=[(X1-X2)2+(Y1-Y2)2]1/2
§3-3圆曲线
基本要求:
了解圆曲线的使用特点和适用条件;掌握圆曲线的设计标准及要素讣算。
重点:
圆曲线半径的设计标准。
难点:
曲线桩号的敷设。
《规范》规定:
各级公路不论转角大小,均应设置曲线。
1特点
圆曲线是路线上常采用的最简单的曲线,其主要特点是:
1)曲线上任意点的曲率半径为常数,故测设比缓和曲线简便;
2)汽车在曲线上行驶时受到离心力;
3)汽车在曲线上行驶时要多占用宽度;
4)视距条件差;
2圆曲线半径
圆曲线半径讣算的一般公式
R=V2/127(H±i)…-取整!
关于口值:
横向力存在,对行车会产生影响。
主要表现为:
(1)危及行车安全,使汽车产生侧滑或倾覆的危险
要求:
uW①0、uWb/2hg
(2)增加操纵困难,
(3)增加燃料消耗和轮胎磨损,
(4)行旅不舒适。
考虑因素
1)行车
2)施工
3)地形
4)线形均衡
5)纵坡
设讣标准
1)极限最小半径R1:
仅保证行车安全,在任何条件下均必须满足。
按U=戶
8%计算,见表3-4、5o
2)一般最小半径R2:
考虑使用质量、线形协调、等级提高等多方面的因
素,设计时尽量采用大于或等于R2的值。
按相应的U,i计算,见表3-4、5o
3)不设超高最小半径R3:
R很大时,车辆在弯道上行驶所受的离心力很小,可不设超高。
按U=,i=-2%计算,见表3-8。
4)不设缓和曲线最小半径R4
※公路:
R1※城市道路:
R1各级公路圆曲线最小半径
设计速度(Km/h)
120
100
80
60
40
30
20
一般值(m)
1000
700
400
200
100
65
30
极限值(m)
650
400
250
125
60
30
15
不设超高路拱W%
5500
4000
2500
1500
600
350
150
最小半径路拱>%
(m)
7500
5250
3350
1900
800
450
200
4)最大半径
《规范》规定Rmax>10000为宜。
3圆曲线的几何要素
切线长T=R-tga/2
曲线长L=31/180-a-R
外失矩E=R(seca/2-1)
校正数J=2T-L
4桩号敷设
JD
・T
ZY
+L/2
QZ
+L/2
YZ
■T+J
JD
例:
某道路有一弯道,转角a=38o30',弯道半径R=400m,交点JD的桩号为
K17+,试计算该弯道敷设了圆曲线后三个特征点的桩号。
§3-4缓和曲线
基本要求:
掌握缓和曲线的定义、作用、要素计算方法及设计标准;了解回旋参数A的意义。
重点:
带有缓和曲线的平曲线的要素讣算。
难点:
缓和曲线的设计标准。
缓和曲线是指在直线和圆曲线或者半径不同的同向圆曲线之间,设置的曲率连续变化的曲线。
1缓和曲线的作用
线形缓和
行车缓和
超高缓和
加宽缓和
2缓和曲线线形的选择
假设汽车从R=g的直线段,过渡到半径为R的圆曲线上时,R是均匀变化的
(8—R)。
在过渡过程中,汽车以等速v(m/s)通过Ls距离,所用时间t(s),驾驶员以等角速度3顺适转动方向盘,汽车前轮转向角由0逐渐变化到ci(定值),贝Ija=k-G).toK为转向齿轮系数。
汽车轴距d,轨迹半径r,则r=d/tga•.*a很小,则tga
贝>Jr=d/a=d/(k(*)t)
t=d/(k3r)
•・•汽车以v等速前进,t时间后:
Ls=vt=vd/(k(nr)
令vd/kw=A2可得Ls-r=A2
满足回旋线方程,则用回旋线作为缓和曲线。
推证说明,汽车匀速从直线进入圆曲线(或相反)其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径之乘积为一常数。
此轨迹与数学上的回旋曲线相一致。
我国规范规定取回旋线作为缓和曲线。
3回旋曲线的数学表达式
基本表达式:
rl=A2
参数表达式:
x=l-l3/40r2+l5/3456r4=I-I5/40R2Ls2
y=l2/6r-l4/336r3+l6/42240r5=I3/6R-Ls—I7/336R3Ls3
回旋曲线的要素计算(略)
4带有缓和曲线的道路平曲线几何要素
切线增值:
q=Ls/2
主圆曲线的内移值:
p=Ls2/24R
缓和曲线角:
PO=R(°)
=Ls/2R(rad)
总切线长:
T=(R+p)tga/2+q
总曲线长:
L=(a-2P0)•(n/180)-a-R+2Ls
夕卜矩:
E=(R+p)seca/2-R
校正数:
J=2T-L
5桩号敷设
JD
ZH
+Ls
HY
+(L・2Ls)/2
QZ
+(L・2Ls)/2
YH
+Ls
HZ
・T+J
JD
例题:
在平原区某二级公路有一弯道R=400m,Ls=70m,交点JD的桩号为K17七转角<1)=38°30\试计算该曲线上设置缓和曲线后的五个基本桩号。
6设计标准
缓和曲线的最小长度
1)依离心加速变化率:
操纵驾驶从容,旅客感觉舒适;
2)依司机操作反应时间:
Ls=V/
3)超高渐变率适中:
Ls=B-Ai/P
4)使线型协调、和谐:
Ls:
Ly:
Ls=l:
1:
1〜1:
2:
1《标准》规定了各级公路缓和曲线最小长度如表3・6。
各级公路缓和曲线最小长度
设计速度(Km/h)
120
100
80
60
40
30
20
缓和曲线最小长度(m)
100
85
70
50
35
25
20
缓和曲线的省略
《规范》规定下列情况之下可不设缓和曲线。
1)四级公路可不设缓和曲线
2)直线与圆曲线之间,当圆曲线半径大于或等于"不设超高最小半径〃时;
3)半径不同的同向圆曲线之间,符合下述条件时可不设缓和曲线而构成复曲线。
A.小圆半径大于"不设超高最小半径“时
B.小圆半径大于“小圆临界曲线半径〃且符合下列条件之一时
复曲线中的小圆临界曲线半径
设计速度(Km/h)
120
100
80
60
40
30
20
临界曲线半径(m)
2100
1500
900
500
250
130
-
1小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时,其大圆与小圆的内移值之差不超过。
2计算行车速度>80km/h时,大圆半径与小圆半径之比V
3计算行车速度<80km/h时,大圆半径与小圆半径之比<2
7回旋参数A的确定
从视觉要求出发,当缓和曲线很短使缓和曲线角BV3°时,则缓和曲线极不明显,在视觉上易被忽略,但若缓和曲线过长值B大于29°时,圆曲线与缓和曲线不能很好协调,因此,从适宜的缓和角度值(3°-29°)范围可推导出适宜的A值。
由B0=R
得Ls=R-00/
而A2=Ls-R
将3=3°、13=29°分别代入得R/3WAWR
设计中,一般当R接近于100m,取A=R
R<100m时,AMR
R较大或接近于3000m时,A=R/3
R>3000m时,A§3-5平面线形的组合与衔接
1一般原则
平面线形应直捷、连续、顺适,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调;
行驶力学上的要求是基本的,视觉和心理上的要求对高速公路应尽量满足;
保持平面线形的均衡与连贯;
应避免连续急弯;
平曲线应有足够的长度。
2平面线形要素组合的类型
简单型曲线:
直线一圆曲线一直线
条件:
圆曲线半径R>不设超高最小半径R不设。
基本型曲线:
直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线
条件:
0>2P0
回旋线一圆曲线一回旋线长度之比最好设成1:
1〜1:
2:
1
S型曲线:
用两个回旋线连接两个反向圆曲线的组合。
相邻两个回旋线参数最好相等,A1/A2W为宜。
须插入短直线时,其长度LW(A1+A2)/40o
两圆曲线半径之比不宜过大,以R2/R1=1〜1/3为宜。
卵型曲线:
用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。
回旋参数A宜在下列界限之内:
R2/2WAWR2
两圆曲线半径之比宜在下列界限之内:
WR2/R1W
两圆曲线的间距宜在下列界限之内:
WD/R2W
R1--大圆半径,R2-小圆半径
凸型曲线:
两同向回旋线间不插入圆曲线而直接径向衔接的组合。
在严格受地形、地物限制处方可采用。
复合型曲线:
两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互衔接的组合。
两回旋线参数之比宜为:
A2/A1=1/
除受地形和其他特殊限制的地方一般很少使用。
C型曲线:
同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接。
特殊地形条件下方可采用。
2.8复曲线:
两个或两个以上半径不同、转向相同的圆曲线径相衔接。
满足缓和曲省略条件
(2)方可采用。
2.9回头曲线:
在山区公路为克服高差在同一坡面上展线时所采用的、其圆心角一般接近或大于180。
的曲线。
前后线形应有连续性,两头宜布设过渡性曲线。
§3-6行车视距
基本要求:
掌握行车视距的种类、定义、各级公路对行车视距的要求。
重点:
停车视距。
1行车视距的定义
为保证行车安全,当司机看到一定距离外的障碍物或迎面来车时,进行汽车刹车或绕过它们而在路上行驶所必须的安全距离,称为行车视距
2行车视距种类及计算
停车视距:
汽车在路上行驶时,司机看到前方障碍物,紧急安全制动所需的最短距离。
S停=S反+S,tij+S安
=V/3+V2/254(<|)±i)+S安
会车视距:
两辆对向行驶的汽车在同一车道上及时刹车所必须的距离。
S^~2XS停
超车视距:
汽车行驶时为超越前车所必须的距离。
SS1+S2+S3+Si
高速公路、一级公路停车视距
设计速度(Km/h)
120
100
80
60
停车视距(m)
210
160
110
75
二、三、四级公路停车视距、会车视距与超车视距
设计速度(Km/h)
80
60
40
30
20
停车视距(m)
110
75
40
30
20
会车视距(m)
220
150
80
60
40
超车视距(m)
550
350
200
150
100
城市道路的各类视距规范上无明确规定值,山具体情况计算。
3各级公路对视距的要求
《规范》规定:
1)高速公路、一级公路采用停车视距(分向,分道行驶);
2)其它各等级公路应满足会车视距的要求,其长度<2S停
3)工程特殊困难或受其它条件限制地段,可采用S停,但必须采取措施分道行驶,对向行驶的双车道公路要求有一定比例路段保证S超。
§3-7道路平面设计成果
1直线、曲线转角一览表(如表3-14)
2路线平面图(如图3-25、27)
道路平面设计图是道路设计文件的重要组成部分。
该图全面、清晰地反映了道路平面位置和道路所经过地区的地形、地物等情况,它是设计人员设计意图的重要体现。
平面设计图无论是提供有关部门审批、专家评议,还是日后指导施工等都有重要作用。
1)绘图比例:
公路一般为1:
2000-1:
5000:
城市道路一般为1:
500-1:
1000o
2)测绘范围:
公路一般为中线两侧各200-250m:
城市道路一般为红线两侧各20-
50mo
3)测绘内容:
沿线的地形、地物,路线(标出里程桩号,断链,平曲线要素及主
要桩位)、水准点、大中桥、沿线交义、隧道、主要沿线施工的位置等。
高等级公路尚应示出坐标格网,导线点,列出导线点及交点坐标表。
城市道路平面图应标明道路中心线、车行道线、人行道线、绿化带、交通岛、人行横道线、雨水口、容井、交义口等。
3逐桩坐标表(如表3-15)
4其它成果
征用土地表总里程及断桩断链表;赔偿树木、青苗数量表;拆迁建筑表;
折迁电力电讯设施表等。